一种制备高性能Ti6Al4V合金板材的方法，以Ti6Al4V热轧板材为原料，板材厚度为1.5mm‑3.5mm，将材料放入深冷箱内进行冷却，使轧件的温度降低到‑190℃，保温10分钟；将材料取出，进行冷轧，上轧辊轧制速度和下轧辊轧制速度分别为V1和V2，控制上下辊辊速比V1：V2＝1.1～1.2，进行轧制，轧制压下率在5％‑10％；重复轧制直到轧件总压下率达到20％‑50％，得到高性能Ti6Al4V合金板材，本发明利用超低温变形情况下钛合金变形过程形成小的晶粒尺寸，特别是细小的高V相的原理，进而提高材料的机械性能。Ti6Al4V合金在航空航天、生命医学等多领域应用前景，本发明提供的方法，能够有效地提高材料的使用寿命。