本发明提供了一种金属氧化物-分子筛催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明提供的金属氧化物-分子筛催化剂，包括复合金属氧化物和酸性分子筛；所述复合金属氧化物具有式I所示化学组成：M1aM2bOc式I；所述式I中M1为IIIA族金属，M2为VIB族金属，a、b和c为原子比，满足复合金属氧化物总化合价为零。在本发明中，复合金属氧化物能够形成固溶体结构，表面氧空穴浓度大，有利于CO2的吸附以及低碳烯烃的生成。本发明提供的金属氧化物-分子筛催化剂用于CO2加氢制低碳烯烃，能够显著提高CO2转化率、低碳烯烃的选择性和收率，同时还能够有效降低副产物CO的选择性。