本发明公开了一种通过可控微图形增强钛氧薄膜光催化性能的方法及其应用，先通过光刻法和刻蚀法在基底上表面形成立体的微图形结构，然后再在具有立体微图形结构的基底上制备钛氧薄膜层。本发明对钛氧薄膜结构进行了较大改进，先在基底材料上制作立体微图形再镀膜，使得镀膜后的钛氧薄膜也保持着立体微图形结构。这种操作方法和结构的改变使所得薄膜对所能吸收的所有波段的光的利用率均提高，大大提高了光的整体利用率，实现了增强钛氧薄膜光催化性能的目的，而不同于掺杂改性等方法使薄膜吸收红移的思路。经试验验证，本发明薄膜对废水中有机物的光催化降解作用明显提高。