本发明公开了一种电化学膜生物反应器，包括阳极室、阳极、过滤分离膜及空气阴极，所述阳极室上设置有进水管，所述阳极上附着有产电微生物，所述阳极和所述空气阴极间通过导线连接，所述阳极室为封闭结构，其壁上设置有通孔，所述过滤分离膜套设于所述通孔的外侧，所述空气阴极套设于所述过滤分离膜外侧，所述空气阴极上附着有阴极微生物。本发明提供的电化学膜生物反应器，废水依次通过阳极、过滤分离膜和阴极的处理后得到高水质的出水，空气阴极曝露在空气中，避免了人工曝气增氧等耗能行为，从而在处理废水的同时降低了能耗。