本发明公开了一种可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法，在该装置中，相互正交的线偏振光光束经过第一扩束系统进行扩束后，通过偏振分光棱镜分成第一S偏振光和第一P偏振光；第一S偏振光经过第一四分之一波片和参考反射镜后回到偏振分光棱镜；第一P偏振光经过第二四分之一波片、扫描系统、第二扩束系统、待测光学平面后回到偏振分光棱镜；两束光束经过合束后又经过分光镜的作用分成第一子光束和第二子光束；第一子光束依次经过第三四分之一波片、第二偏振片后在第一光电探测器上形成全息图像；第二子光束依次经过第一偏振片、第三扩束系统后被第二光电探测器接收形成测量信号，从而可以基于全息图像和测量信号计算待测光学平面的平面度误差。