一种基于光频梳的微纳器件表面轮廓线上测量装置，包括光频梳，用于作为测量光源，输出宽谱脉冲；脉冲处理模块，用于对光频梳输出的宽谱脉冲进行预加啁啾和光谱分割，将宽谱脉冲处理成一串窄谱子脉冲；半透半反镜，用于将窄谱子脉冲分为参考光和信号光；衍射元件，用于将信号光进行衍射，将光谱分布转换成空间分布；信号光探测器，用于收集经待测样品反射后的并经过衍射元件和半透半反镜的信号光。采用单像素相机即可完成测量，降低了对探测器像素的要求。可通过增加子脉冲数量、增加脉冲重复频率和调节待测器件平移速度来提高轮廓测量横向分辨率。测量速度快，可用于产线上的微纳器件表面轮廓测量，满足高通量测量要求。