本发明属于钛合金材料领域，公开了一种基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金及其制备方法与应用。所述钛合金各元素的原子百分比为Ti58～70％，Nb9～16％，Cu4～9％，Ni4～9％，Al2～8％，B0.5～3％，其微观组织结构为部分超细晶fcc MTi2呈长条状沿着微米晶bccβ‑Ti基体晶界分布，部分超细晶fcc MTi2在微米晶bccβ‑Ti内以长条状分布，超细晶原位TiB晶须分布在晶界的超细晶fcc MTi2内部及微米晶bccβ‑Ti内部，其中M＝Cu和Ni。本发明在超细晶第二相+微米等轴晶基体的双尺度结构中引入细针状原位TiB晶须，实现了材料的进一步强韧化。