本发明公开了一种测量溶液中纳米颗粒粒度三维分布的方法：用激光束照射纳米颗粒，形成的散射光与经过光路调制的参考光干涉形成全息干涉条纹，并记录到相机上得到纳米颗粒数字全息图；对数字全息图进行三维重建，得到纳米颗粒的聚焦图像；根据聚焦图像中的散射信号，基于动态光散射原理和纳米颗粒的粒度与扩散系数的相关关系，求得纳米颗粒的粒度。本发明还公开了一种测量溶液中纳米颗粒粒度三维分布的装置：信号发射单元，包括连续激光器和光路调整段；信号接收单元，包括相机，记录全息干涉条纹；信号处理单元，连接于信号接收单元之后，用于纳米颗粒数字全息图的处理。该方法及装置实现了原位测量样品池内三维位置瞬时的纳米颗粒粒度分布。