本发明公开了一种二维温度平衡模式MEMS风速风向传感器及其制备方法，传感器包括传感器芯片部分和测控电路，传感器芯片部分基于热电偶结构，测控电路系统采用温度平衡模式。芯片中的测温元件热电偶由两层热偶臂组成。基于分时复用的思想，持续采样x和y方向上的输出电压，利用控制电路调整4个加热元件上的功耗，使得x和y方向上、下游温差为零。最终，根据4个加热元件的功耗值即可获取风速和风向信息。相较于现有技术，该传感器结构提出了新的基于热电偶的二维风速风向传感结构与检测过程，此外，解决了垂直方向热偶臂交叉互连问题，在实现多层热电堆测温时有减少材料层数与优化制备工艺的优势。