本发明公开一种棒状Ni-MoO3-x催化剂的制备方法及其应用。该催化剂的主要特征为形貌棒状，其中钼以MoO3-x形式存在，且富含氧空位，有利于形成金属-空位活性界面，促进活化与断裂C-O键。主要采用如下方法制备：将镍盐和钼盐溶于水中，采用水热法制备出前驱体，前驱体经洗涤、煅烧、氢气还原制得棒状Ni-MoO3-x催化剂。本发明制备方法简单，操作绿色环保，成本低廉，所制备的催化剂在生物质油的加氢脱氧反应中表现出优良的活性，并能明显降低脱氧过程中的能耗。