本发明涉及一种层内均质及非均质厚油层剩余油分布检测装置及方法，层内均质及非均质厚油层剩余油分布检测装置包括：分层计量平板模型，分层计量平板模型包括长方体壳体，长方体壳体内为单层或多层砂体，长方形壳体一侧顶端设有注入口，另一侧侧壁设有单个或多个出口，出口连接对应的油水分离器与量筒；分层计量平板模型正后方设置均匀光源、正前方设置摄像机，层内均质及非均质厚油层剩余油分布检测装置整体置于恒温箱中。本发明可以从实验尺度上利用相似准则模拟各大油田实际区块的储层结构，通过注入方式、注入时机各种措施的调整，模拟出最适合目标油田生产的开发措施，为油田今后的增产、增质开发提供相关技术支持。