本發明公開了一種甲烷高溫裂解聯產炭黑及高純氫氣的方法，以熱值為1300-1500kcal/Nm3的低熱值燃氣為燃料，以含甲烷氣體為原料，采取控量供氧助燃低熱值燃氣充分燃燒，反應爐蓄熱并排除余氣-甲烷裂解交替工作模式，營造甲烷無氧高溫裂解反應環境，具體包括助燃氣體調節，反應爐蓄熱、排除余氣，甲烷裂解，收集炭黑，純化制氫工序。本發明工藝簡便，通過裂解反應爐的多級組聯即可實現生產量的擴增和連續高效生產。本發明不僅能夠充分利用低熱值燃氣資源，反應效率高，而且溫室氣體排放少，實現了低碳清潔循環生產，一套生產工藝實現了高品質炭黑和高純氫氣的聯產。