本申请涉及空调技术领域，特别涉及一种带自然冷却功能的水冷一体式冷水机组及控制方法，包括水冷冷水机模块、冷却排热模块、冷冻水力模块、自然冷却换热器模块，以及对上述模块发出控制指令的集中控制器模块。本申请的水冷一体式冷水机组将上述模块集成于一体，方便安装和维护，而且功能上等同于整体式空调集冷站；其冷凝器和冷却塔、冷却水泵之间的距离短，冷却水系统阻力小，冷却水泵功耗可节省33％左右；冬季时本申请的机组无需启动压缩机，可直接利用室外空气的低温来实现对冷冻水的降温冷却，从而显著提高机组的制冷能效；本申请的水冷一体式冷水机组直接安装在室外，省去了专用空调机房，可进一步降低了建设成本。