本发明涉及一种用于污水厂底泥清理的水下作业机器人及工作方法，属于污水厂底泥清理领域。该机器人包括：作业单元、车体单元、储泥单元以及升降单元；作业单元包括铲斗、铲刀和吸入管道；铲刀位于铲斗内部，铲斗两侧封闭且后端开孔与吸入管道相连；铲斗安装于车体单元上，以将底泥导入吸入管道；车体单元和储泥单元通过排入管道连接，且排入管道与车体单元和储泥单元中的至少一个为可开合地连接；排入管道前端与吸入管道导通，工作时作为淤泥从吸入管道排入储泥单元的通道；升降单元用于车体单元和储泥单元的升降。本发明能够解决现有技术不适用于污水厂底泥清理或局限性大、操作不灵活、占地面积大、容易损坏地下管网等技术问题。