本发明公开了一种敞开式培养微藻的方法。该方法包括：（1）培养兼性厌氧细菌种子液；（2）培养自养微藻种子液；（3）将兼性厌氧细菌种子液和自养微藻种子液接入内部铺设膜分离装置的敞开式光生物反应器内进行半混合培养，膜分离装置将光生物反应器分成上下两个区域，厌氧细菌在膜分离装置下部区域进行发酵，微藻细胞在膜分离装置上部区域进行光合作用生长，两个反应器内培养基组成和培养条件一致，培养过程中，补充兼性厌氧细菌生长代谢所需的有机碳源。该法具有提高自养微藻收获量，提高无机碳源（CO2）的利用率，提高微生物油脂含量，简化培养装置，提高自养微藻规模化培养效率等优点。