본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시간-주파수 해석 기반 광 케이블 진단 장치 및 방법은, 진단 대상 광 케이블에 시간-주파수 영역에서 설계된 광 신호를 인가하고, 그 반사파를 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 상호-상관 관계(Cross-Correlation) 계산을 통해 해석하여, 광 케이블의 특성(결함 여부, 결함 위치, 종단 길이 등)을 진단함으로써, 장거리 광 케이블을 진단하면서도 해상도 저하를 방지할 수 있고, 광학 주파수 영역 반사파 계측법(Optical Frequency Domain Reflectometry, OFDR)에서 발생되는 비선형성에 의한 오차와 같은 문제도 방지할 수 있다.