本发明公开了一种天临空协同遥感系统模拟试验装置及方法。该装置包括：载人飞机、浮空气球、无人机和地面方舱；载人飞机上设置有卫星遥感载荷，浮空气球上设置有临近空间飞艇遥感载荷，无人机上设置有航空飞机遥感载荷，地面方舱设置有信息处理系统；载人飞机通过无线通讯方式分别与浮空气球和地面方舱连接，浮空气球还通过无线通讯方式分别与无人机和地面方舱连接，无人机还通过无线通讯方式与地面方舱连接。本发明的装置及方法通过设置载人飞机、浮空气球、无人机、地面方舱和测试环境，以模拟天临空协同遥感系统及其工作场景，能够对天临空协同遥感系统的关键技术、工作流程以及工作效能进行模拟试验，为系统的建设提供理论数据支持。