通过激光冲击强化（laser shock peening,LSP）技术调控Inconel 625合金表面微观组织，优化表面形貌。采用激光扫描共聚焦显微镜、电子背散射衍射（EBSD）显微镜以及透射电子显微镜（TEM）等方法表征其微观组织，并利用维氏显微硬度计分析其硬度变化。结果表明：在适当的LSP技术下能够消除冲击凹坑，提升表面质量。在LSP作用下，微观组织呈梯度变化，表层微观结构转变为超细层、超细晶等结构，且主要以亚结构与变形晶粒为主，而过渡层为变形晶粒及再结晶组织。随着深度的加深，变形晶粒减少，而再结晶晶粒增多。对5次LSP的合金几何必须位错ρ_GND进行定量分析发现：表层ρ_GND为2.91×10¹⁴ m^-2，原始层为0.61×10¹⁴ m^-2,LSP后表层位错密度提升。位错密度的变化导致显微硬度发生转变，显微硬度随LSP次数增加而增加，随深度的加深而减小。LSP过程改变了大小角度晶界占比，对Inconel 625合金晶界强化贡献符合Hall-Petch关系。