本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维及其制备方法与应用。所述的一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维的制备方法分为两步：第一步，将热塑性固体聚氨酯溶解于溶剂中，配制成一定浓度的聚氨酯溶液，加入纤维素纳米纤丝，调节纤维素纳米纤丝和热塑性聚氨酯的质量比例，真空脱泡后制成聚氨酯纺丝液；第二步，控制纺丝、固化成型、牵伸倍数及干燥条件，湿法纺制纤维素纳米纤丝增强的聚氨酯纤维。所述一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维不仅具有良好的伸长率，且拉伸强度有了很大的提高，制成的衣物轻便柔软、穿着舒适，手感好。