一种基于三维圆柱形跨尺度结构阵列的光催化反应器及其制备方法。在玻璃基底上将光纤纤芯以250μm或375μm的间距排列，并用PDMS胶单端固定形成第一层光纤纤芯阵列；在垂直于该层光纤纤芯阵列方向上用同样方法制备第二层光纤纤芯阵列；在垂直于第二层光纤纤芯阵列方向上用同样方法制备第三层光纤纤芯阵列，在上述两层和三层三维光纤纤芯阵列上基于水浴法合成ZnO纳米线，最终得到层数和节距确定、表面形貌和光催化性能可控的三维圆柱形跨尺度结构阵列。该方法不但制作成本低、操作简便，而且显著地增大了基底面积、保证了光纤纤芯阵列的精度。在三维光纤纤芯阵列表面上合成ZnO纳米线薄膜，得到三维圆柱形跨尺度结构阵列，进一步增大了催化剂表面面积。