本发明涉及岩石力学真三轴试验技术领域，具体涉及一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法。该试验装置包括六个压头且分别对应立方体试样的六个面设置；在每个所述压头上均设置用于压向所述立方体试样对应面的压块组件；所述压块组件包括第一压块和同轴嵌套设置在所述第一压块内的多个调节压块；所述压块组件还包括设置在各所述压头内的多个调节构件；所述调节构件与所述调节压块一一对应设置，用于驱动所述调节压块靠近或远离所述第一压块。该试验方法采用该试验装置进行多尺寸试样的真三轴加载试验。本发明能够进行多尺寸试样的真三轴加载试验，具有较强的实用性。