一种制备晶内含纳米尺寸析出相的纳米晶金属材料的方法，首先对含有在基体中固溶度随温度降低而减小的合金元素的粗晶金属材料进行高温固溶处理，获得合金元素过饱和溶解的单相固溶体；然后在室温或低于室温的温度下进行剧烈塑性变形高压扭转处理，获得由合金元素过饱和溶解的纳米晶粒组成的单相固溶体纳米晶材料；最后将上述纳米晶材料在3‑25GPa的压力下时效，温度100‑800℃，保温5‑8小时，制备出纳米晶粒内含有纳米尺寸析出相的纳米晶金属材料。本发明适用的材料成分范围宽，可有效避免剧烈塑性变形在材料中产生微裂纹，制备出的纳米晶材料中纳米尺寸析出相分布均匀。