本发明涉及土壤温室气体采集领域，特别涉及一种深层土壤温室气体采样装置及采样方法。包括采样箱，所述采样箱的底部内壁上设有升降机构；所述升降机构的输出端上传动连接有连接机构；所述连接机构远离升降机构的一端设有钻孔采样机构；所述采样箱内设有转移机构。本发明通过控制升降机构带动连接机构和钻孔采样机构下降活动贯穿通过采样孔内，同时启动钻孔采样机构使其钻入土壤内，且每进入设定深度的土壤均停下并快速的进行温室气体的采集工作，采集过程中，转移机构与相应的电磁气阀连通，并打开相应的电磁气阀，利用真空储气罐内的真空负压自动抽取土壤内的温室气体，使得钻孔和采样工作能够同时进行，提高了采样装置的采样效率。