本发明公开了一种轨道交通轮对全尺寸在线高精度测量装置，包括用于对轮对多个部位进行测量的第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器及多边形测量模块；所述第一激光传感器以一定角度安装在轨道的内侧，所述第二激光传感器以一定角度安装在轨道的下方，所述第三激光传感器以一定角度安装在轨道的外侧，所述多边形测量模块与轨道对接安装。本发明还公开了使用上述轨道交通轮对全尺寸在线高精度测量装置进行测量的方法。采用本发明公开的装置和方法能够实现轨道交通列车无需停车的在线通过式轮对踏面磨耗、等效锥度、车轮多边形等全尺寸参数的准确测量，与现有技术相比，集成度高、简单高效、自动化程度高、准确度好。