本发明公开了一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：工业废水首先进入臭氧预氧化单元，根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，将臭氧预氧化单元处理后的废水进入曝气生物滤池单元进行生物降解和过滤截留，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元降解，所述臭氧催化氧化单元中填充负载Al₂O₃的催化剂填料。本发明工艺紧凑，组成合理，处理效率高，可根据所处理废水水质灵活调整各单元的运行，该方法可用于工业废水深度处理领域。