本发明提供了一种光纤单孔分层沉降监测装置，属于地质灾害监测领域，包括首尾相连且分别设于不同深度地层内的多个圆筒、分别设于圆筒内壁的多个光纤光栅传感器阵列、与光纤光栅传感器阵列连接的解调设备和数据处理模块以及填充介质；光纤光栅传感器阵列包括分别设于圆筒内且通过一根光纤串联并沿圆筒轴向分布的多个光纤光栅传感器。本发明提供的光纤单孔分层沉降监测装置结构简单，安装方便、监测成本低。本发明还提供一种光纤单孔分层沉降监测方法，包括钻植入孔、将圆筒植入植入孔并使圆筒与每一个层位一一对应、使圆筒和地层之间耦合、获得应变信号及处理应变信号。本发明提供的光纤单孔分层沉降监测方法可实现单孔不同层位沉降的分布式监测。