本发明实施例提供一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置及方法，该装置包括：激光发射模块产生非线性的激发脉冲光；线扫描模块获取激发脉冲光的角色散和偏转角，并使得所述激发脉冲光对样品进行扫描；光学显微模块在样品中形成同时在空间及时间两个维度聚焦的聚焦线，以基于非线性光学效应激发样品产生发射光信号；同步滤波模块探测样品的发射光信号，并对发射光信号进行滤波；重建模块根据同步滤波模块探测到的发射光信号进行二维重建，获取样品的重构图像。本发明可有效地抑制杂散光造成的信号串扰，具有宽视场、高空间分辨率、高时间分辨率、深穿透深度等优点，可为生物动态过程研究、疾病诊断依据等提供丰富信息。