本发明公开一种大尺寸高强度铝合金航空薄壁件的热成形方法，首先对坯料进行固溶处理，溶解初始组织中的粗大第二相获得均一固溶体组织；然后将经过固溶处理的坯料转移至可控温的成形模具中，合模成形并加压，再保压保温一段时间；调整成形模具的温度至第二级时效温度，进行保温保压时效处理。在两级时效温度范围内，强化相快速析出，同时发生应力松弛，进而提高成形零件的强度和尺寸精度。本发明在保证成形零件质量的前提下，采用分级时效处理的方式，缩短了时效周期，减少了零件生产制造过程中的能耗。本发明还提供一种大尺寸高强度铝合金航空薄壁件的热成形装置，包括环境加热炉、成形模具、温控单元和加压控制单元，降低零件成形能耗。