本发明提供了一种单分散介孔空心纳米球状二氧化钛及其制备方法，通过多层组装合成复合纳米球（PSTiO2SiO2），然后通过高温煅烧处理、氢氧化钠溶液处理得到单分散介孔空心纳米球状二氧化钛。本发明以聚苯乙烯（PS）小球为模板，得到的复合微球通过高温煅烧可以除去PS模板，在二氧化钛的外侧包覆二氧化硅可以防止在煅烧过程中二氧化钛的团聚，同时可以防止小球在煅烧过程中的破损，而且最外层的二氧化硅层可以用氢氧化钠溶液除去，制备方法简单，适用于大规模生产。