一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜设备及工艺，所述设备包括支撑机构，用于放置轧辊；工作室，用于覆盖轧辊的整个工作层表面，工作室与轧辊之间设有密封腔；激光系统，包括多激光头管道，固定于所述密封腔上，用于射出激光束辐照轧辊的工作层表面；气体进口管道单元，固定于密封腔上；喷水进口管道单元，固定在密封腔上；以及温度测试系统，用于检测激光辐照工作区与非激光辐照工作区的温度。本发明还包括一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜工艺。本发明通过一系列系统参数设计与控制，采用激光辐照热轧辊表面形成高质量预制氧化膜，解决了热轧辊轧制初期表面存在打滑粘钢、形成氧化膜易脱落、裂纹源形成及脱碳行为，且成形效率高，控制简单。