一种高低温箱内被测件的三维变形测量装置，测量装置包括细绳、三维气浮组件和三个方向的带编码器的信号采集模块，各个气浮单元均包括气浮轴和气浮套，三个方向的带编码器的信号采集模块分别安装在x向气浮单元、y向气浮单元和z向气浮单元上；x向气浮轴安装在固定板上，x向气浮套可滑动地安装在x向气浮轴上，x向气浮套与y向气浮轴固定连接，y向气浮套可滑动地安装在y向气浮轴上，y向气浮套与z向气浮套固定连接，z向气浮轴可滑动地安装在z向气浮套上；细绳的上端与被测件连接，细绳的下端与三维气浮组件的z向气浮轴连接。本发明提供一种测量精度较高的高低温箱内被测件的三维变形测量装置。