本发明提供了一种木质素基多元醇、改性木质素基聚氨酯材料、改性木质素基聚氨酯薄膜及制备方法和应用，属于聚氨酯工业技术领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将木质素、氢氧化钠溶液、乙醇和烯丙基化合物混合，进行烯丙基化反应，得到烯丙基化改性木质素；将所述烯丙基化改性木质素、有机溶剂和巯基化合物混合，进行巯基-烯点击反应，得到木质素基多元醇。将本发明制得的木质素基多元醇用于制备改性木质素基聚氨酯材料，制得的改性木质素基聚氨酯材料具有良好的机械性能、耐热性能和抗光老化性能。