本发明涉及一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置及方法，多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置包括多级系统、海水循环泵、太阳光圆弧反射罩、海水储罐和淡水储罐。本发明的有益效果是：本发明的多级蒸发冷凝结构有利于热量回收利用，淡水冷凝释放的热量可以传导到下一级结构的海水层以供海水蒸发使用，突破了单级太阳能光热蒸馏器的效率瓶颈；采用了膜蒸馏技术，通过疏水膜分隔了海水和淡水层，避免了水质污染，同时流动的海水带走了海水淡化残留的盐分，避免了积盐现象，提高了系统运行的稳定性；多级太阳能光热蒸馏器的级数可调，操作简单。