一种大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置及试验方法，试验装置由大尺寸真三轴加载模块、水力伺服泵压模块、声发射定位模块、红外监测模块、试样装卸模块和计算机组成，其中加载板由通过球面相互配合的内板和外板组合而成。试验方法包括试样的制作与装载、进行水力压裂模拟试验、卸载试样、数据处理及分析等步骤。用该装置和方法进行页岩水力压裂模拟试验的优点是，试验结果准确性不受试样加工尺寸和平行度偏差的影响，从而降低了对试样尺寸加工精度的要求，提高了试验的可靠性；可实时监测试验过程中三轴加载室内页岩受载情况；能够满足多尺寸试样压裂条件；配合高速摄像机用于单轴水力压裂模拟试验，可直接观测水力裂缝动态扩展规律，实现一机多用。