一种TiO2基贵金属催化剂及其制备方法和应用，催化剂包括贵金属活性组分和载体，载体为复合金属氧化物TiO2/MTiOx，载体为具有上层和下层的层状结构，上层为TiO2层，下层为MTiOx固溶体，贵金属组分沉积在TiO2层表面。本发明制备得到的催化剂具有优异的高温稳定性，通过本发明提供的催化剂的结构既可以保护贵金属纳米颗粒在高温处理或高温反应等实际应用过程中不发生烧结长大，还可以避免由于金属‑载体间的强相互作用引起贵金属纳米颗粒嵌入TiO2载体中导致活性比表面积下降而最终造成催化剂失活的问题。