本发明公开了一种全天候取水装置及取水方法，装置包括由双层玻璃构成骨架结构的机体、海水储存室和淡水储存室，在海水储存室内设置有相变储热单元，界面光热蒸发单元漂浮在海水储存室中的海水水面上，机体的顶部由海水储存室向淡水储存室方向向下倾斜。方法包括：在白天，在太阳光的作用下，海水由液态变为水蒸气，水蒸气液化成水，太阳光中的能量储存在相变储热材料中；在夜晚，相变储热材料储存的能量快速导出，海水吸收导出的能量由液态海水变为水蒸气，水蒸气液化成水，同时辐射制冷涂层产生冷量使空气内的水蒸气在涂层表面凝结，完成空气取水。可实现白天、夜晚连续取水，热量利用率高，海水淡化效率高，稳定性强，经济性好，环境友好。