本发明公开一种大空间试验室温度控制系统，包括两侧壁风道、顶部风道、冷风机、电加热器、制冷机、冷却盘管。两侧壁风道下端开有回风口，在两侧壁风道内，回风口上方均安装有冷风机、冷风机下方均设置有冷却盘管，冷却盘管与侧壁风道外的制冷机相连。冷风机上方设置有电加热器。侧壁风道与顶部风道相通，顶部风道上开有送风孔。大空间试验室的内壁面采用金属材料或在内壁面上设置金属冷板，且在大空间的壁面上涂有保温材料，使冷量损失减小。本发明的优点在于：通过冷风机对大空间试验室降温，通过微调电加热器对环境温度的精确控制；通过顶部风道上的送风孔，使大空间试验室中温差更小，还可促进冷风与空间中空气的良好换热，使温度均匀性更好。