本发明属于石油化工环保领域，公开了一种石油污染土壤的联合修复处理方法，包括除杂预处理、光催化预氧化、油土逐级热脱附及高温氧化的处理步骤；以铁钛复合金属氧化物为催化剂，在光照条件下进行氧化预处理，使石油污染物大分子中的部分交联结构发生断裂降解；再进行逐级热解处理，实现98.00％以上的脱除率。本发明采用光催化预氧化-逐级热解修复法联用技术，实现较高的石油烃脱除率，实现高浓度石油污染土壤高效无害化修复，修复后的土壤可以进行重复利用。