本发明提供一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法，包括基座、伸缩机构、导向机构、测量机构。导向机构为燕尾移动台，可在基座的导轨内滑动；伸缩机构为往复式气缸安装在基座末端，其活塞杆与燕尾移动台相互固定，带动燕尾移动台在导轨内滑动；测量机构的气动测量头通过连杆安装在燕尾移动台上，并可实现水平方向小幅滑动和竖直方向小幅摆动；测量机构的气动测量仪通过导管连接到气动测量头实现对凸轮轴各轴颈外径的测量。本发明通过气动装置实现对凸轮轴各外径的自适应自动测量，减少了人工参与度和劳动强度，提高了测量效率和质量。