本发明提供了一种耐空间原子氧、光学透明的热固性形状记忆聚酰亚胺及其制备方法和应用，涉及高性能功能材料技术领域。本发明通过原位缩聚法合成酐封端聚酰胺酸溶液，然后将含磷的三胺交联剂与酐封端聚酰胺酸溶液混合，交联聚酰胺酸后涂覆到基底上去除溶剂后，进一步发生热亚胺化反应，获得耐空间原子氧、光学透明的热固性形状记忆聚酰亚胺。本发明制备的热固性形状记忆聚酰亚胺具有优异形状记忆性能的同时具备光学透明的性能，并且能够在原子氧辐照下形成钝化层，保护内部材料不受原子氧进一步侵蚀。