本发明公开了一种基于梯度折射率透镜的七目微型三维显微成像装置和方法，LED点光源发出的光经半球透镜后形成平行光，经激发滤光片入射在二向色镜上发生反射，反射光经过梯度折射率透镜阵列透射后聚焦在待测样品上。样品表面的荧光激发后，荧光信号经梯度折射率透镜阵列返回至二向色镜，出射光经发射滤光片过滤后入射至中继透镜，最后聚焦到CMOS相机上。三维显微成像装置具有视场大，单帧采集以及避免重构伪影的优点，采用七个梯度折射率透镜对样品进行成像，在保证横向分辨率的同时，从更大角度对样品的深度信息进行采集，有效的提高了空间分辨率。