本发明涉及一种萃取膜生物反应器及其污水处理方法。该萃取膜生物反应器包括生物反应池及安装在所述生物反应池中的膜组机构；膜组机构由若干片平行排列的平板式萃取膜组件、膜架、固定在所述膜架上且与所述平板式萃取膜组件内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管和顶端通水管组成。萃取膜生物反应器的污水处理方法：在所述生物反应池中充满活性污泥混合液，使液面淹没膜组机构，经过预处理除去悬浮物后的污水经底端的通水管进入平板式萃取膜组件内腔,污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件上的膜孔扩散进入生物反应池中被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水经顶端的通水管开口端直接流出。