本发明涉及一种具有多级孔结构复合光催化剂膜材料及其制备方法，其基体是掺杂过渡金属的具有多级孔状的TiO₂与ZnO的复合半导体膜材料膜。首先制备出含成孔剂P123、F127、PMMA、PEG、CTAB与过渡金属Fe、Ni、Co、Mo、Cu、Pt、Au、Pd、Ag的ZnO/TiO₂复合光催化剂前驱体；再通过喷雾热解法、浸渍提拉、旋涂法、丝网印刷、刮刀法等涂膜方法，在FTO、ITO、Ni片等载体上组装过渡金属改性ZnO/TiO₂多级孔复合光催化剂膜材料；最后通过化学气相沉积法在复合光催化剂膜材料上直接原位生长碳纳米管。本发明的具有多级孔复合光催化剂膜材料光催化活性高，膜结合牢固，制备过程简单，易于实现工业化。