本发明涉及油气钻井技术领域，是一种基于磁场全张量梯度测量的井下空间定位装置及方法，前者包括钻柱、磁偶极子磁源短节、通信电缆、磁场梯度测量探管、地面数据接收装置、计算机和电源；后者准备过程、数据采集传输过程和数据处理过程。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其在正钻井和目标井之间通过多个三轴磁通门传感器对交变磁场进行全张量磁场梯度测量，能有效缩小磁场梯度测量探管因外界环境干扰较大而造成测量误差；通过油管下放磁场梯度测量探管能使磁场梯度测量探管和磁偶极子磁源短节之间始终保持在预定范围内，进行跟踪测量，避免钻井过程中反复提放钻柱，能有效提高钻井作业效率，缩短作业周期，降低作业成本。