本发明公开一种磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂，所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂包括纳米四氧化三铁内核，包裹所述纳米四氧化三铁内核的二氧化硅中间层，以及负载于二氧化硅中间层上的二氧化铈活性组分；所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂中，四氧化三铁、二氧化硅、二氧化铈的质量比为1：0.3~0.8：3~5。并公开了其制备方法和在催化臭氧降解有机废水过程中的应用。本发明提供的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂能够快速降解废水中的有机污染物，同时易于磁性回收，且具有良好的连续使用性和较低的金属离子溶出率，为增强臭氧技术用于有机废水污染物的去除效果及工业应用提供了一条快速、有效的处理方法。