本发明公开了一种利用高有机物高氨氮废水强化产甲烷的生物电化学反应装置和方法。该装置包括设有阳离子交换膜的电化学反应槽，阳离子交换膜将电化学反应槽分为设有阳极的第一腔室和设有阴极的第二腔室；还包括氨气吸收室，第一腔室、第二腔室分别通过导气管连通至氨气吸收室；第一腔室内还设有生物阳极和生物阴极。利用阳离子交换膜将废水中的NH4+和H+迁移至第二腔室中，消除高浓度氨氮对厌氧微生物的毒害作用；将第二腔室产生的氢气通入第一腔室，为第一腔室中的嗜氢产甲烷菌提供足够的氢气，最大限度地将CO2还原为甲烷；第一腔室中含有2+N(第二腔室的个数)个生物电极，有效提高了电极对有机物的降解作用，提高甲烷产率。