本发明公开了一种基于单模‑多模‑无芯光纤结构的分子态有机污染物监测传感器，包括：单模光纤；多模光纤，其与单模光纤的熔接；表面包覆溶胶‑凝胶二氧化硅薄膜的无芯光纤，其一端与多模光纤的输入端偏心熔接；无芯光纤与多模光纤偏心熔接后的不重叠位置处包覆第一金属膜层，其另一端面附着第二金属膜层。将在线监测传感器置于被监测环境中，当分子态有机污染物浓度发生变化，会导致表面薄膜折射率发生变化，从而引起整个波导结构有效折射率发生变化导致谐振条件发生变化，使马赫‑泽德混合干涉中一干涉臂光程发生变化导致整个波导干涉条件发生变化，最后光谱仪监测输出信号波长，通过对输出信号进行处理即可反推外部环境分子态有机污染物浓度。