本发明公开了一种空气压缩机的冷却系统及冷却方法，其中冷却系统包括一级冷却装置和二级冷却装置，一级冷却装置包括换热器、冷却水箱、第一风扇以及循环水泵；换热器连接在一级气缸的压缩气体出口，换热器包括高压气体通道和与高压气体通道进行换热的冷却水流道，第一风扇安装在压缩机的转动轴上用于对冷却水箱进行风冷；二级冷却装置包括冷却器和第二风扇，第二风扇安装在电动机的转动轴上用于对冷却器进行风冷。与现有技术相比，本发明采用二级冷却装置，分别对一级压缩气体、二级压缩气体以及二级气缸均进行冷却降温，在每级的冷却装置上都配置有风扇，进一步提高了冷却效果，风扇的动力来源于压缩机和电动机，节约了资源。