本发明公开了一种大断面竖井掘进机，包括井下主机、一级垂直输送机和二级垂直输送机，一级垂直输送机与井下主机固定连接以随井下主机同步步进，且穿过刀盘伸入先导洞内，二级垂直输送机的底端与一级垂直输送机的顶端配合以承接一级垂直输送机上的物料，二级垂直输送机的顶端固定于地面上，且二级垂直输送机的长度可延长。本发明还公开了一种大断面竖井掘进机的施工方法，包括步骤：打超过成井深度的先导洞；将一级垂直输送机的底端伸入先导洞内；主驱动装置带动刀盘旋转进行掘进，渣土先后经由一级垂直输送机和二级垂直输送机运送到地面。采用该大断面竖井掘进机及其施工方法，可以挖掘大断面竖井，机械化程度高，避免人员下井施工产生的风险。