本发明公开了一种薄膜材料在轨暴露试验形变在线测试探头及其测试的方法，该探头包括支架，支架上设有至少一个试验样品，试验样品一端的上方设有第一盖板，另一端的上方设有第二盖板，下方设有第三盖板，第二盖板上设有发光二极管，发光二极管上设有第四盖板，第三盖板上设有通孔，通孔下方对应设有光电传感器，光电传感器设置在支架的端部，支架一端连接第一盖板，另一端连接第二盖板和第四盖板。该方法包括：进行标定及在线测试，在线测试包括：记录试验样品对应的光电传感器产生的电流，对比电流数据与试验样品在地面开展的标定数据，得到试验样品在轨随温度的线性长度变化情况。本发明可以对星用聚合物薄膜随温度变化产生的形变进行在线测试。