本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种含油污水分离池及油水分离方法。所述分离池中设置有一级除油池；所述一级除油池由分离池的三侧墙壁与一级挡水墙组成；一级除油池中设置有液态分布墙，所述液态分布墙的高度低于一级挡水墙；一级除油池中还设置有一级除油墙，所述一级除油墙位于液态分布墙和一级挡水墙之间，一级除油墙的下方悬空设置，且一级除油墙的高度高于一级挡水墙；与液态分布墙相邻的分离池墙壁上设置有排油孔，且排油孔的高度与液态分布墙的高度齐平。本发明的油水分离池可自动运行，无需干预，仅需在废油积累过多时，在一级除油池中将油排放即可；能达到快速、高效、无需人为干预的处理大流量含油废水，以使废水达到排放标准。