一种燃油中溶解氧浓度的在线测量装置，包括第一除氧系统、第二除氧系统、快速冷却系统和在线取样系统，所述第一除氧系统与快速冷却系统连接，所述第二除氧系统与在线取样系统连接，所述快速冷却系统与在线取样系统连接。应用于燃油中溶解氧浓度的在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：S1：通过第一除氧系统对快速冷却系统进行除氧，通过第二除氧系统对在线取样系统进行除氧；S2：通过快速冷却系统对燃油进行快速冷却；S3：通过在线取样系统对冷却后的燃油进行取样和溶解氧浓度的测量。本发明可准确测量燃油的溶解氧沿程变化；本发明减少取样时间，消除人为操作造成的误差；对燃油进行快速冷却，使其测量误差在可接受范围内。