本发明提出一种适用于纳米压痕测试系统的三向压力加载装置，包括底板、面板、水平加载机构和竖直加载机构，底板中心设有加载槽，面板通过连接件与底板相连，面板中心设有贯穿的锥形探孔，水平加载机构包括多个水平加载执行单元和水平加载驱动单元，竖直加载机构包括竖直加载执行单元和竖直加载驱动单元，竖直加载执行单元设于加载槽内部中心，多个水平加载执行单元以竖直加载单元为中心对称布设，于竖直加载单元顶部中心形成样品容置腔，水平加载驱动单元和竖直加载驱动单元设于加载槽外，通过油管与水平加载执行单元和竖直加载执行单元相连通。本发明克服现有试验测量手段的局限性，更加真实地表征材料服役时的力学特性，对科学研究和工程应用有较大帮助。