本发明公开了一种基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法。该装置包括滑台、五棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一自准直仪、第二自准直仪、计算机,滑台可滑动地安装于待测直线导轨上,五棱镜固定安装于滑台上,第一平面反射镜垂直于待测直线导轨的延伸方向固定安装于滑台上,第二平面反射镜平行地安装于待测直线导轨的侧方,第一自准直仪和第二自准直仪均与计算机相连。本发明的装置能同时完成三个角度的实时测量；装置结构简单,利用五棱镜姿态对出射光向量的影响来计算滚转角；测量精度高,测量精度仅受自准直仪分辨精度和平面反射镜精度的影响。