本发明属于生物质能综合利用，特别涉及一种生物质热解油的催化精炼的方法。本发明首先对生物质热解油进行分级处理，对得到的轻质生物质热解油组分进行初步氢化和深度氢化处理，以降低轻质生物质热解油组分的含氧量，经过预处理后，使得进入分子筛重整或催化缩合的原料的热稳定性提高，减少重整或催化缩合过程中的积碳。对得到的重质生物质热解油组分选择有针对性的催化体系进行催化裂解处理，以乙醇为反应介质，以活性炭负载的铑铼双金属催化剂为催化裂解时使用的催化剂，将重质生物质热解油组分催化裂解为富含酚类化合物的溶液。经过催化精炼后可分别得到三苯三烯类化合物、富含碳氢化合物的含有长链烷烃的有机相和富含酚类化合物的溶液。