本发明公开了一种应用于面齿轮齿面几何误差在机测量的测头移动方向误差补偿方法，包括如下步骤：步骤一：建立测头‑面齿轮位姿误差模型：基于面齿轮五轴磨齿机的运动链以及几何误差元素，建立侧头‑面齿轮位姿误差模型；步骤二：确定面齿轮齿面测量点和测量路径：建立面齿轮齿面模型，基于面齿轮齿面模型在面齿轮齿面上选取测量点，并基于选取的测量点规划测量路径，得到侧头在测量面齿轮齿面法向偏差时的移动策略；步骤三：建立测头移动方向误差补偿模型：基于测头‑面齿轮位姿误差模型以及侧头的移动策略，建立测头移动方向误差补偿模型，根据测头移动方向误差补偿模型，得到每个测量点对应的面齿轮五轴磨齿机中各轴的误差补偿量。