本发明实施例公开了一种双机双级压缩制冷机组，其包括低压级压缩机、气液分离机构和高压级压缩机。低压级压缩机具有第一压缩机吸气口和第一压缩机排气口；第一压缩机吸气口连接至气源；第一压缩机排气口通过排气阀连接至制冷冷凝系统；气液分离机构具有第一进口、第二进口和出口；第一进口通过吸气阀与气源相连接；第二进口通过切换机构与第一压缩机排气口相连通；高压级压缩机具有第二压缩机吸气口和第二压缩机排气口；第二压缩机吸气口与出口相连通；第二压缩机排气口连接至制冷冷凝系统。本发明实施例的双机双级压缩制冷机组能从‑55摄氏度至15摄氏度区间100％全功率运行，从而提高整体降温速度，节约能源和提高速冻品质。