本发明提供了一种纳米二氧化钛改性乳化沥青及制备方法，包括以下原料制成：沥青、纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、铝盐、稳定剂和水；将水加入纳米二氧化钛粉末中，形成二氧化钛溶液；将硅烷偶联剂加入到二氧化钛溶液中，形成溶液A；将溶液A加入沥青中，同时加入铝盐。本发明首次以硅烷偶联剂改性纳米二氧化钛使之形成亲油型纳米二氧化钛，并以该亲水亲油型纳米二氧化钛作为乳化剂。使改性乳化沥青具有储存时间长，分散性好，道路工程使用中破乳及时，沥青与矿料粘结良好，改善制作工艺等特点。