本发明属于环境保护技术领域，公开一种长支链水溶性聚合物水处理剂及其制备方法与应用，该制备方法是将水溶性丙烯酸类单体、长脂肪碳链单体、引发剂、链转移剂和共溶剂投入高压反应釜中，通入二氧化碳除去空气后密封；加入二氧化碳，在50℃～90℃、12MPa～22Mpa的超临界二氧化碳和搅拌条件下，进行自由基沉淀聚合，至体系压力不再上升，冷却后得粗产物，利用相同条件的超临界二氧化碳对粗产物进行超临界二氧化碳原位抽提纯化，得到长支链水溶性聚合物水处理剂。本发明的水处理剂具有pH响应快，对污水的浊度去除率、色度去除率和COD_Cr去除率较高，合成方法简便，产物纯度高，不会形成毒性副产物，室温贮存性能稳定。