本发明公开了一种面向飞机大型蒙皮曲面的自动化测量装置及其测量方法，该自动化测量装置，包括：扫描仪、机械臂、视觉传感器、控制柜、移动平台和动态跟踪系统；移动平台配备有激光雷达，控制柜设置于移动平台上，视觉传感器设置于控制柜上，机械臂固定于控制柜的上方，扫描仪通过连接工装安装在机械臂的末端，扫描仪的外部定位球上设有反光点，动态跟踪系统由双目相机构成，用于捕捉扫描仪上的反光点来实时获取扫描仪的空间位姿。本发明的自动化测量装置及其测量方法实现了飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集，降低了工作人员劳动强度；可应用于实际生产现场，对航空制造自动化进程有积极的推进意义。