本发明一种直线进给系统的多自由度误差同时测量装置及方法,所述装置中,直线进给系统包括机床,固定在机床上的导轨,与导轨配合的若干滑块,以及固定在滑块上且分别与导轨滑动连接的移动工作台和静止工作台;所述测量装置包括固定在移动工作台上移动端、固定在静止工作台上固定端和上位机;所述的移动端包括竖直放置的第一直角棱镜,水平放置的第二直角棱镜,以及半透半反镜;所述的固定端包括激光器,第一分光棱镜,反射镜,第二分光棱镜,准直透镜,以及三个PSD位置探测器;上位机的输入端分别连接第一PSD位置探测器、第二PSD位置探测器和第三PSD位置探测器的输出端,用于通过数据处理得到移动工作台的俯仰角、偏摆角和滚转角。