本发明提供了一种半导体冷机混合多级冷却空气制水机及空气制水方法，半导体冷机混合多级冷却空气制水机包括水平设置的下封板、设置在下封板上方的上封板、预冷机构以及制水机构，预冷机构和所述制水机构并列设置在上封板与下封板之间；制水机构为翅片式蒸发器；每组预冷机构包括底板、顶板以及竖直设置在顶板与底板之间多个平行的散冷翅片，在顶板与上封板之间以及底板与下封板之间均设置多个半导体制冷片；相邻的散冷翅片之间的间隔构成用于容纳空气流通的预冷风道，预冷风道的出风侧与冷却风道的进风侧相对。本发明的空气制水机结构简单巧妙，能够快速将空气中的水蒸气冷凝成液态水，在提高制水率的同时降低了能量损耗。