本发明公开了一种双尺度晶粒Ti-6Al-4V材料的制备方法。该制备方法采用高能球磨和放电等离子烧结技术相结合的成形方法：首先，在高能球磨全过程中分段取粉，获得细化程度不同的粉末，其中超细晶粉末晶粒尺寸分布范围在100nm~1μm之间，纳米晶粉末晶粒尺寸分布范围在10nm~100nm之间；然后，将原料粉末和超细晶粉末中的一种与纳米晶粉末按任意质量比配料并均匀混合；最后，优化放电等离子烧结。本发明通过控制两种粉末混和的比例，精确控制双尺度晶粒Ti-6Al-4V材料组织中粗晶区和细晶区的比例，克服了粗细晶比例难以精确控制的缺陷，同时通过优化放电等离子烧结的烧结参数，从而使材料具有优良综合力学性能。