本发明公开了一种纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜的制备方法，包括以下步骤：将有机高分子基膜材料、致孔剂和纳米催化剂溶于溶剂中，经过搅拌、静置后制成铸膜液；将纳米光催化剂分散在溶剂中得到分散液，将该分散液平铺于板上制成平铺液，该平铺液干燥后得到平铺膜；将铸膜液覆盖在平铺膜上，并利用刮膜刀刮出液膜，将刮出的液膜浸入恒温凝胶浴中，该液膜固化后制得纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜。本发明还提供了一种纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜及应用。本发明的方法实现了在嵌入型复合分离膜的表面同时均匀、有效、稳定和牢固地负载上纳米光催化剂膜层；本发明的复合膜有效提高了对污染物的去除，降低了膜污染。