本发明公开了一种充油电缆内绝缘油溶解气体扩散模拟实验装置，包括电缆模拟体和外部试验腔，电缆模拟体置于外部试验腔中；电缆模拟体包括油道和绝缘层；油道为管状结构，绝缘层包绕于油道外部，油道与绝缘层中部开孔与外部试验腔中的中部取油装置连接；外部试验腔包括外罩、连接套、中部取油装置、注取油端子和故障模拟端子；外罩为管状结构，中部开孔与中部取油装置连接；连接套为管状结构，分别套设在油道两端，一端与外罩法兰连接，另一端与注取油端子、故障模拟端子连接。本发明既能够模拟充油电缆油道内的电性、热性故障并在故障结束后采集油样进行分析，也可直接注入溶解单一气体的绝缘油进入油道内，通过采集不同位置绝缘油样进行分析。