本发明涉及一种金红石型二氧化钛纳米线薄膜及其制备方法和用途，该薄膜在导电玻璃基底上直接生长金红石相二氧化钛纳米线阵列，阵列顶端表面或均匀分布着二氧化钛纳米线簇。通过原位水热法，以含硫酸根的钛盐为前驱体，调整各种反应物的比例及反应时间、温度等因素，最终制得该薄膜。本发明还提供了上述薄膜的用途，可作为阳极材料组装太阳能电池，或作为光催化剂进行光解水或有机物的降解处理。本发明方法简单，可控性强，解决了含硫酸根的钛盐难以制备金红石相以及在导电基底上原位生长二氧化钛纳米线阵列的问题，并且可通过煅烧的方法保证样品结晶度不变的同时，实现纳米线直径和长度的变化。