本发明公开了一种小曲率自由曲面仿形打磨装置，包括机架、用于对工件进行定位的第一夹紧定位机构、用于对标准产品进行定位的第二夹紧定位机构、用于对工件进行打磨的打磨执行机构、用于与标准产品相接触且用于确定打磨轨迹的仿形打磨机构以及用于控制第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构在打磨过程中进行位置调节的调节机构，打磨执行机构和仿形打磨机构为可旋转的设置于机架上。本发明的小曲率自由曲面仿形打磨装置，具有驱动元件较少，控制简单，传动功率大，对于复杂零件的自适应能力强，打磨较为稳定等优点，拓展了仿形打磨的应用空间，使机器在面对复杂曲面时能够做出更好的应对。本发明还提供了一种小曲率自由曲面打磨方法。