本发明公开了一种基于自由曲面的阵列式自然光匀化照明装置和方法，可用作照明窗帘、室内百叶窗以及窗户玻璃等。包括前后两个阵列形式的表面，分别为第一自由曲面阵列和第二自由曲面阵列，第一自由曲面用于收集室外自然光，并经两面间同等材质的中间介质传导至第二自由曲面阵列；第二自由曲面阵列用于将入射自然光通过自由曲面折射后偏转至室内空间。本发明可高效收集入射进窗户的自然光，将光线均匀发散至室内各个方向，匀化室内照明，并且有效保护室内隐私，轻薄易量产，环保无污染。