本发明属于粉尘治理技术领域，公开一种多级惯性分离集尘装置及方法，包括封闭式集尘罩，所述封闭式集尘罩的下端固定连接有多级惯性引流捕尘管道，所述多级惯性引流捕尘管道的末端固定连接有负压风机；所述多级惯性引流捕尘管道包括与所述封闭式集尘罩下端固定连接的引流管道，所述引流管道的竖直方向与水平方向的拐点处设置有大尺寸颗粒收集盒，水平方向的所述引流管道还分布有半断面粉尘滤膜夹，所述引流管道的末端固定连接有残余粉尘捕集腔，所述残余粉尘捕集腔内设有残余粉尘捕集抽屉。本发明解决了实验室研究煤岩体截割过程中不同粒径尺寸粉尘的分离取样问题，实现了净化含尘气流的同时集中收集不同粒径尺寸的粉尘。