本发明公开了一种具有ZnO/TiO2异质结构的光催化涂层及其制备方法，该光催化涂层包括由直径为10～50nm的纳米ZnO晶粒堆积而成的ZnO堆簇，以及嵌入所述ZnO堆簇中的纳米TiO2颗粒；所述ZnO堆簇呈团状结构，具有疏松多孔结构，直径为3～30μm。本发明采用热喷涂工艺，一步制备得到该光催化涂层，产物形貌及微观尺寸可控。本发明公开的光催化涂层，与基体的结合力强，且具有更大的光谱吸收范围，显著提高了光催化降解有机染料等污染物的效率。