本发明提供一种可提高温场均匀性的光学玻璃退火装置及其退火方法。光学玻璃退火装置，炉体由炉体外壁和炉体内壁构成，炉体内壁围成炉膛，加热元件设置在炉膛顶部、炉膛底部和炉膛内侧壁，加热元件的输出功率通过控制系统控制，均温罩设置在炉膛内部，第一退火腔体设置在均温罩内部，第二退火腔体设置在第一退火腔体内部。本发明通过增加退火装置炉膛内顶部和底部发热元件，保证整个炉膛内侧壁、顶部、底部都有发热元件，提升整体炉膛的温度分布均匀性；增加一个退火腔体，使摆放玻璃样品的温场更均匀，提高玻璃样品光学常数的一致性和稳定性。本发明特别适用于1.8‑2.0及以上高折射率的光学玻璃的退火。