本发明公开了一种高动态范围图像传感器像素结构及其操作方法，像素结构包括光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管，以及置于第二电荷传输晶体管与第三电荷传输晶体管之间的晶体管电容器件。像素采用两次曝光方式采集光电信号，第一次长时间曝光方式采集的光电电荷，被转移到晶体管电容器件中储存起来，第二次短时间曝光方式采集的光电电荷和在晶体管电容器件中储存的光电电荷一同转移到漂浮有源区，然后进行光电信号读取操作。因此，本发明扩展了图像传感器的感光动态范围。