本申请公开了一种伸缩式分层水样取样装置，包括具有组合式齿轮传动结构的水平伸缩臂、嵌套式结构的竖直伸缩臂和对应悬挂于竖直伸缩臂的底部的多层次水样采集器，水平伸缩臂的一端固定在船体或者岸边固定位置上，另一端通过嵌套齿轮连接多组伸缩杆，竖直伸缩臂悬挂于水平伸缩臂上；多层次水样采集器包括采集器主体、封闭门和舵机，采集器主体内形成储样腔，采集器主体的侧壁上开设有水样入口，封闭门上设置有滤网，封闭门与舵机的输出轴连接。本申请能在水平以及竖直方向上不同位置进行取样，提升了取样的效率，解决了水样取样器难以在多个方向上同时采集不同深度水样的技术问题。同时，装置结构简单紧凑，易于实现，拆卸组合方便。