一种耐热稀土镁合金及其不均匀壁厚铸件的热处理工艺，所述镁合金包括下述组分组成：Y，Nd，Ag，Zr，Gd，其余为Mg及不可去除的杂质元素。其热处理工艺是将不均匀壁厚的复杂结构耐热稀土镁合金铸件加热至530～540℃，保温固溶后，以≥90℃/min的速度冷却至室温，然后，加热至220～230℃，保温进行人工时效后，出炉空冷。本发明组分配比合理、工艺简单、操作方便，实施只需常规的热处理设备，流程简单易行、安全可靠，适用于处理形状复杂，壁厚存在差异的大尺寸稀土镁合金铸件，为航空、航天用稀土镁合金复杂结构铸件的性能改善，提供了一种可行的方案，满足航空、航天等领域零部件的使用要求，便于工业化生产。