一种基于二级航向三外四内布局的捕获轨迹试验装置，其包括一个X向I级运动机构、一个Y向运动机构、一个Z向运动机构、一个X向II级运动机构、一个俯仰α运动机构、一个偏航β运动机构、一个滚转γ运动机构以及一个连接板，该X向I级运动机构和该Y向运动机构重叠地设置在一起，该Z向运动机构设置于该X向I级运动机构和该Y向运动机构的内部，该连接板设置于该Z向运动机构的底端，该俯仰α运动机构、该偏航β运动机构和该滚转γ运动机构分别设置于该连接板，以实现该基于二级航向三外四内布局的捕获轨迹试验装置的六个自由度方向的运动，并且该基于二级航向三外四内布局的捕获轨迹试验装置采用内嵌式的结构，以使其结构更加紧凑和可靠。