一种多级冷却高效空气制水机，包括依次设置的空气处理单元、制水单元、水处理单元和水输出单元，在水处理单元中设置有蓄水箱，其中制水单元包括设有进风口及出风口的壳体以及设置在壳体内的预冷蒸发器、冷凝蒸发器、风机、集水盘，预冷蒸发器设置于壳体进风口的一侧，冷凝蒸发器设置于壳体进风口的一侧，预冷蒸发器与冷凝蒸发器之间设置有间隔，集水盘设置在冷凝蒸发器的底部，在壳体外侧设置有冷凝器，集水盘通过管道与水处理单元中的蓄水箱连接；预冷蒸发器及冷凝蒸发器分别通过各自的进液管路及回液管路与冷凝器连接，本实用新型的多级冷却高效空气制水机节能、制冷转化效率高。