本发明公开了一种铜基厚壁Nb3Sn薄膜超导腔及其制备方法，属于超导技术领域。本发明的铜基厚壁Nb3Sn薄膜超导腔的制备方法，包括如下步骤：(1)采用锡蒸汽扩散法由纯铌超导腔制备铌基Nb3Sn薄膜超导腔；(2)在所述铌基Nb3Sn薄膜超导腔外表面沉积铜层；(3)在沉积了铜层的铌基Nb3Sn薄膜超导腔外表面电镀无氧铜，即得到所述铜基厚壁Nb3Sn薄膜超导腔。该方法通过在铌基Nb3Sn薄膜超导腔外表面以电镀无氧铜的方式制备得到铜基厚壁Nb3Sn薄膜超导腔，成功避免了铜熔点低无法生成高质量Nb3Sn薄膜的缺点；且电镀的无氧铜致密度高、孔隙率低、热反应小。