本发明公开了一种伞裙结构的复合绝缘子表面电荷检测装置及方法，包括检测组件、运算放大器、信号接收处理器和机械臂，机械臂安装在设有滑轮的支座上，机械臂末端夹爪连接有屏蔽箱，屏蔽箱侧面连接有两个屏蔽舱；屏蔽舱前端连接有绝缘套管，绝缘套管后端连接有绝缘固定环，前端连接有绝缘罩；检测组件包括探针和探头，探针前端与探头后端铰接，后端与运算放大器电连接，运算放大器与信号接收处理器电连接。该装置的探头能大范围转动，在测量过程中控制探头与待测复合绝缘子表面保持垂直，通过设计一套完整复合绝缘子伞裙上下表面及伞裙间垂直区域的表面电荷分布模型，可以生动直观地得到的复合绝缘子表面电荷模型效果图。