本发明公开了一种装配式体外预应力钢桁组合梁结构及其施工方法，该钢桁组合梁结构包括由上至下依次布设的混凝土板、钢梁顶板和钢梁底板，所述钢梁顶板和钢梁底板之间设置有桁架机构和支撑机构，所述桁架机构包括两个端部钢弦杆和多个倾斜钢弦杆，所述支撑机构内设置有预应力钢筋；该施工方法对任一所述桥梁节段的施工过程如下步骤：一、施工前准备；二、钢桁结构的组装与吊装；三、混凝土板的安装；四、现浇混凝土及铺设纵向钢筋；五、转向板和预应力钢筋的安装，多次重复步骤一至步骤三，直至完成所施工桥梁的全部施工过程。本发明简化了施工，且克服钢混组合梁抗剪连接件的疲劳问题以及钢混组合梁负弯矩区受力的问题。