本发明公开了一种测量微纳器件延迟特性的测量装置和测量方法，该测量装置包括飞秒激光器、波长调谐器、光纤耦合器、第一3dB光纤耦合器、可调光延迟线、外接光纤、第二3dB光纤耦合器、光纤聚焦透镜、分束系统、凸透镜、非线性晶体、小孔光阑、柱透镜、CCD光谱仪、控制终端、待测微纳器件耦合系统以及用于控制非线性晶体进行转动的电动角位移台，外接光纤包括第一外接光纤和第二外接光纤，非线性晶体安装在电动角位移台上。本发明可以进行时域-频域二维探测，可以直接测量得到微纳器件的延迟时间，测量成本低、效率高而且准确度高，可广泛应用于微纳器件延迟特性的测量领域中。