本发明涉及一种油水分离装置及其分离方法，该装置包括箱体、除渣网框、过滤器。其设计要点在于箱体由进水口至出水口依次分隔形成进水腔、第一处理腔、第二处理腔、出水腔，除渣网框置于进水腔内，第一处理腔、第二处理腔各自通过隔板分隔形成沉降区和过滤区，隔板与第一处理腔、第二处理腔之间的壁板垂直，且隔板与箱体底面之间形成导通沉降区和过滤区的通道；过滤器置于过滤区内，第一处理腔的沉降区与进水腔顶部相通，其过滤区与第二处理腔的沉降区顶部相通，第二处理腔的过滤区与出水腔顶部相通。通过该种结构，以双S形的流向处理污水，达到较好的过滤和油水分离效果。适合作为油水分离设备使用，或同类产品的结构改进。