本发明公开了一种纤维晶增韧高强度超细晶纯钛及其制备方法，微观结构由纤维晶粒与等轴超细晶粒混合构成，所述纤维晶粒的长轴与短轴的长度比例大于10且短轴尺寸为200nm～3μm，所述等轴超细晶粒的尺寸为50nm～1μm。纤维晶粒所占体积分数为20％～60％，该纤维晶增韧高强度超细晶纯钛的制备方法，包括以下步骤：(1)用1‑2道次拉拔调整纯钛的晶粒取向，获得钛棒材；(2)再进行1‑3道次高应变量旋锻；(3)再进行低温退火；(4)再进行多道次低应变量旋锻；(5)退火得纤维晶增韧高强度超细晶纯钛。本发明方法所制备纯钛的强韧性能远高于粗晶纯钛，可优选替代合金钛在生物植入体、医疗仪器方面的应用，且适于大尺寸纯钛的大规模制备。