개시된 본 발명에 따른 X선 거울을 이용한 3차원 X선 현미경은 외부로부터 전력을 공급받아 X선을 발생시키는 소오스, 상기 소오스에 인접하여 구비되고 상기 소오스로부터 발생되는 X선을 집광하여 단일파장 평행 X선을 추출하는 X선 거울, 상기 X선 거울과 이격 배치되고 상기 X선 거울과의 사이에 구비된 측정대상물을 투과한 단일파장 평행 X선을 필터링하여 탄성산란을 제거하는 필터부, 상기 필터부에서 필터링된 단일파장 평행 X선을 가시광선으로 변환시키는 박막 섬광체, 상기 박막 섬광체에 의하여 변환된 가시광선을 확대하는 렌즈부, 및 상기 렌즈부에 의하여 확대된 가시광선을 반사시키는 반사 거울 및 상기 반사 거울로부터 반사된 가시광선을 기록하는 영상 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.