本发明公开了一种扫描电镜下固体推进剂复杂力学性能原位测试装置及测试方法。包括传动单元、支撑单元、载荷测量单元、疲劳加载单元、柔性预紧夹具单元、跨温区温度加载单元、数据采集处理单元、多载荷加载控制系统；疲劳加载单元利用音圈电机在试样拉伸的同时实现毫米级大行程疲劳加载；柔性预紧夹具单元由弹簧形变补偿推进剂试样变形而保持稳定夹持，并与跨温区温度加载单元联用，为试样施加‑80℃～100℃的变温环境。本发明优势在于利用扫描电镜高景深、高分辨率的特点，原位获取推进剂在拉伸、疲劳、温度耦合作用下的多尺度力学行为，构建复杂载荷作用下推进剂多尺度变形损伤构效关系，为新型推进剂研究提供重要技术手段。