本发明涉及一种跨温域双向热膨胀/收缩变形精确测试装置及测试方法，四个立柱置于减震台上，立柱上设有大理石平台，大理石平台的中心放置低温容器，并通过五维旋转位移台固定于减震台上；大理石平台上两两垂直的四条导轨上的石英棒夹持试样，试样的形变带动石英棒移位。本发明装置能够实现待测试样的实时观测和准确定位，满足极端低温至高温或高温至低温变化过程中材料在两个正交方向上热膨胀/收缩变形的同步精确测量。可进行跨温域双向测试，显著扩大了材料结构热膨胀/收缩变形的测量范围，应用性广；采用实时相机系统和五维旋转位移台，试样定位精度高；采用高精度LVDT位移传感器，可分辨微小位移，灵敏度高，测量精度高，使用操作简便。