本发明公开了一种污水处理厂高效稳定同步脱氮除磷装置及方法。装置包括：初沉池、预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池、脱氧池、二沉池以及控制单元；预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池和脱氧池以及二沉池分别通过出水管依次连通，脱氧池的出水管设有第一流量控制阀；污水进水主管线与初沉池连通，污水进水分管线通过第二流量控制阀和第三流量控制阀与预缺氧池的底部连通；初沉池的出水管设有第四流量控制阀，通过第五流量控制阀、第六流量控制阀分别与厌氧池、缺氧池的底部连通；厌氧池内设有ORP仪，缺氧池和脱氧池内分别设有第一硝酸盐仪和第二硝酸盐仪。实现高效利用原水中的碳源，增加有机物浓度，提高溶解氧利用率和生物脱氮除磷作用。