本发明公开了一种纤维素纤维的改性方法、根据此方法制得的改性纤维素纤维及其应用，该方法包括：将纤维素纤维用醇盐进行预处理，干燥后与环氧单体混合，搅拌，加热下反应，反应结束后除去反应体系中的环氧单体，剩余物清洗后干燥，得到改性纤维素纤维，所述改性纤维素纤维应用于填充改性聚合物材料；本发明提供的纤维素纤维的改性方法提高了改性纤维素纤维与聚合物材料间的界面相容性和界面作用力，且方法简单、安全、成本低，所述改性纤维素纤维分散性好，使用所述改性纤维素纤维填充改性的聚合物材料耐水性显著增强。