本发明涉及精密测试领域，特别是一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法，该方法通过控制设置有非接触式位移传感器的仪器主轴沿Z轴运动到被测工件内孔内部的设定位置后沿C轴旋转至少一周；在旋转过程中，记录被测工件的被测工件内孔上M个采样点的被测工件的传感器读数和对应的C轴的角位移数据；根据M个采样点的被测工件的传感器读数和对应的C轴的角位移数据进行最小二乘圆拟合，得到第一最小二乘圆的圆心；计算M个采样点到圆心的距离，以距离中的最大值和最小值之间的差值作为被测工件内孔的圆度误差，实现了被测工件的被测内孔圆度的测量，解决了大型关键零件的内孔圆度在位测量实现起来困难的问题。