本发明公开了一种大型钛合金构件的热处理方法，包括：1）先将大型钛合金构件加热到500℃~650℃，保温10‑20min；再将大型钛合金构件加热到β相变点以下150℃保温10‑15分钟；2）随后大型钛合金构件再加热到β相变点以下15‑30℃保温1‑2小时；3）随后将大型钛合金构件移出热处理炉进行喷淋式温度控制降温处理，整体冷却过程需将冷却速率控制在10~30℃/s；4）随后再将大型钛合金构件加热到600℃~700℃进行退火处理，保温1~3小时，随后冷却到室温。本发明的新型喷淋方式热处理，通过对构件不同厚度区域调整冷却液体流速，实时对构件温度进行监控进而使整体构件各个区域冷却速率一致，得到组织与性能均匀的构件。