本发明属于精密仪器相关技术领域，其公开了一种回转轴五自由度误差测量装置及方法，所述测量装置包括角度调整架、中心固定结构、激光位移传感器测量模块及视准仪模组，所述中心固定结构可拆卸的设置在所述角度调整架上，所述激光位移传感器测量模块设置在所述中心固定结构上，所述视准仪模组设置在所述中心固定结构内；所述视准仪模组用于测量回转轴绕X轴和Y轴偏转的倾斜误差；所述激光位移传感器模块用于测量回转轴在X、Y、Z方向上的位置误差；所述视准仪模组与所述激光位移传感器模块能同时工作。本发明解决了难以同时测量多自由度误差的技术问题。