本发明提供了一种铌掺杂二氧化钛锐钛矿相与金红石相双层复合薄膜气敏传感器及其制备方法，属于传感器领域。本发明首先在衬底表面溅射铌掺杂二氧化钛籽晶层，再通过退火形成铌掺杂锐钛矿相二氧化钛籽晶层；然后通过水热法在籽晶层上一步生长铌掺杂二氧化钛锐钛矿相与金红石相双层复合薄膜，再次进行退火后在复合薄膜上制备Pt叉指电极，得到本发明的传感器。本发明通过铌掺杂改性，在水热反应中一步制备得到铌掺杂二氧化钛锐钛矿相与金红石相双层复合气敏薄膜，步骤简单；并且改性后的双层复合薄膜气敏性能好，灵敏度高，兼具宽的检测范围和极低的检测限；本发明的传感器可以使用玻璃等成本低的衬底，更进一步降低了传感器的制备成本。