本发明公开了一种催化柴油加氢转化工艺，包括以下内容：催化裂化柴油与氢气的混合物料先进入加氢反应器进行加氢精制反应，然后进入裂化反应器，与加氢裂化催化剂床层接触反应；其中加氢裂化反应器内设置上下两个催化剂床层，上床层的加氢裂化催化剂，具有如下性质：以催化剂总重量计，MoO3 10%～18%，Co 2%～10%，改性Y型分子筛40%～90%，优选50～80%，余量为硅铝载体；下床层的加氢裂化催化剂，具有如下性质：以催化剂总重量计，MoO3或WO315～30%，NiO2～15%，改性Y型分子筛10%～60%，优选20%～40%；上床层和下床层的加氢裂化催化剂的装填质量比1：5～5：1。本发明工艺在更好满足催化柴油转化率的前提下，进一步提高装置液收，降低生成的汽油组分的加氢饱和，提高汽油组分辛烷值。