本发明涉及一种超临界水与超音速分离器共同处理稠油的方法，该方法包括对稠油和去离子水分别加热、加压，油水混合后加热输送至超临界水反应器，利用超临界水热改质稠油技术，在超临界水反应器内稠油发生热解反应，实现稠油的轻质化转化。稠油改质后，利用超音速分离器降温降压改变水的相态和溶解特性，实现轻重组分分离，将分离得到的重组分沥青质经由造粒塔形成沥青固体颗粒，轻组分通过降温降压，实现裂解气、轻油和废水的分离。此方法不仅实现了超临界水热改质稠油的快速反应，大幅实现稠油轻质化转化，而且利用超音速分离器实现改质后油品轻重组分的快速分离，整个工艺过程简单高效。