本发明公开了一种自平衡式的地下结构高内压模拟试验系统及方法，涉及水利水电高压引水隧洞、地下储能硐室等地下工程领域，包括自平衡轴向加载系统，包括反力架和位于反力架内的自平衡液压缸，自平衡液压缸径向尺寸与试样相适配使得自平衡液压缸压力与试样产生的推力相等；围压加载系统，包括试样外圆周方向设置的围压加载板与垂直于围压加载板的围压加载油缸；内压加载系统，包括柱塞式乳化液泵站，向试样内注入乳化液施加内压并排出试样内空气；内压加载系统施加内压，自平衡轴向加载系统轴向加压、围压加载系统径向加压，通过测试系统采集试样的变形和内力。有效避免上压板与支护结构由于接触应力较大而影响内压荷载在衬砌中的内力分布。