本发明公开一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法，由高能武器舱和散热设备舱组成；高能武器舱内设置高能武器以及蒸发器，在高能武器以及蒸发器的周边填充有相变材料；散热设备舱内设置压缩机、冷凝器、节流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流体进口和冷凝器流体出口；蒸发器通过制冷剂管路依次与压缩机、冷凝器和节流支路连接，节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀。在不同的冷却流体和高能武器设备负荷情况下，根据高能武器周边温度，该系统可实现两种工作模式。本发明系统自带两种制冷模式，外部平台只需提供冷却流体即可工作，极大地提高了高能武器的灵活性、机动性和可移植性。