本发明提供一种棱锥波前传感器及目标波前探测方法，其中的棱锥波前传感器包括沿光束传播方向依次设置的第一会聚透镜、视场光阑、角锥棱镜、第二会聚透镜和探测相机，角锥棱镜的顶点位于第一会聚透镜的焦点处，探测相机的探测平面共轭于角锥棱镜的顶点所在的平面；在第二会聚透镜与探测相机之间设置有微透镜阵列，微透镜阵列用于对探测相机上的目标信号与天光背景信号进行有效分离。本发明将角锥棱镜和微透镜阵列相结合，实现天光背景信号与目标信号的有效分离，并配合天光消除算法计算并去除每个子孔径的天光值，提取出目标的有效信息，更加适用于弱目标的探测，从而有效实现棱锥波前传感器在白天自然导星自适应光学系统中的应用。