本发明公开了一种同质蛋黄-壳结构二氧化钛微球的制备方法。本发明的技术方案要点包括以下步骤：（1）将草酸或二水合草酸溶解在有机溶剂中，然后加入钛酸酯形成混合溶液；（2）将形成的混合溶液于100-200℃的温度进行溶剂热反应，并且保温2-80h制得蛋黄-壳微球前驱体；（3）分离前驱体并洗涤干燥后，将前驱体于350-650℃的温度煅烧0.5-72h，制得具有分级结构的同质蛋黄-壳结构二氧化钛微球。本发明的制备方法反应简单，无需模板即能制得特殊形貌的具有分级结构的同质蛋黄-壳结构二氧化钛微球，该二氧化钛微球具有较大的比表面积，有利于电子的传递和锂离子的迁移，可广泛应用于催化、太阳能电池、二次电池和涂料等领域。