本发明涉及一种一体化AO生物膜反应器，属于废水处理领域。反应器主体对应分隔成缺氧池、好氧池外腔道、好氧池内腔道以及沉淀池，缺氧池的起始端设有废水进水管；好氧池外腔道的末端对应好氧池内腔道的起始端设置且两腔道之间通过过水孔连通；好氧池内腔道的末端设有好氧池出水堰，好氧池出水堰通过沉淀池进水管与中心管相连；中心管插装在沉淀池的中心处且其底部设有伞状挡板；沉淀池的池顶部设有与净水出水管相连的沉淀池出水堰；缺氧池内设有固定式生物填料，好氧池外腔道以及好氧池内腔道中均设有悬浮填料。该反应器通过合理的结构布局，使反应器具有较高的污染物去除能力，保证悬浮填料充分流化，避免填料的堆积，同时具备较小的占地面积。