本发明公开了一种基于斯托克矢量原理的天空偏振信息互补测量装置及方法，包括两个光道筒及其前部转动连接偏振器；两个光道筒的后端均安装光强传感器；所述的左、右光强传感器分别通过传输线与同一个数据处理器连接。其计算包括确定初始采光点、方位角α的0度校准、对每一个采光方位角α相应位置，计算光强度平均值、选定初始观测方向，确定初始方位角α₀、基于斯托克斯矢量进行数据处理。该基于斯托克矢量原理的天空偏振信息互补测量装置及方法，由于采用了平行且距离很近的两个光道，所以具有互补效果，通过转动方向相反，缩小了取样误差；由于基于斯托克斯矢量原理、对四个偏振方位角的测量，所以有效克服了累积误差大、提高了天空偏振信息测量精度。