本发明适用于薄膜应力测试技术领域,公开了一种薄膜应力测试仪及其测试方法,所述测试仪包括台架、设置在台架上的激光器、可内置薄膜样品的真空腔室、用于控制真空腔室进行X轴和Y轴运动的XY轴运动平台、安装在真空腔室的底板上且用于实现样品快速升降温功能的快速升降温装置、设置在真空腔室上方的反射镜和半透镜,以及设置在台架远离所述反射镜和半透镜的一端的位敏探测器,所述激光器发出的激光经反射镜和半透镜进入真空腔室并照射所述薄膜样品,所述薄膜样品反射的激光经半透镜反射至所述位敏探测器。本发明通过快速升降温装置测量薄膜在高温下和交变热载荷作用下的应力,并根据薄膜在不同温度下的热应力数值计算薄膜的热膨胀系数。