本发明公开了一种机械球磨热处理两步法合成二氧化铈‑碳酸氧铋纳米复合物的方法，其是将固相原料二水合铋酸钠、五水合醋酸铈和二水合草酸混合后，进行机械球磨固相反应，所得产物经洗涤、离心分离及干燥后获得中间产物，对中间产物进行热处理即制得目标产物CeO2‑Bi2O2CO3纳米复合物。本发明采用固体混合，原料室温球磨固相反应和热处理两步法，制备过程简单，易于控制并能大量减少产物粒子的团聚；避免另外添加氧化还原剂、模板剂和溶剂，提高了产物纯度，符合材料绿色化合成的要求，也适合于大规模生产。