本发明涉及一种汽油深度脱硫的方法：汽油原料和氢气混合进入预加氢反应器将催化汽油中的二烯烃加氢为单烯烃；预加氢产物进入一个水洗塔进行水洗，脱出汽油中的部分碱性氮化物，然后进入一个催化蒸馏塔，在催化蒸馏塔上部烯烃噻吩烷基化催化剂的作用下使汽油中的部分噻吩类硫化物增重，同时将汽油切割为轻汽油、重汽油、轻柴油三个组分；重汽油组分进入选择性加氢脱硫反应器进行深度脱硫，脱硫产物在脱除反应中生成的硫化氢后与轻汽油混合得到深度脱硫的汽油产品；塔底的轻柴油作为加氢脱硫的原料，或作低凝柴油调和组分调和出厂；本发明的方法，可以大幅度地降低汽油中的硫含量，同时减少深度脱硫过程带来的辛烷值损失。