本发明公开了一种高效合成β‑胡萝卜素菌株的构建方法及其应用，属于代谢工程领域。所述构建方法为将β‑胡萝卜素合成途径中从乙酰辅酶A到甲羟戊酸合成相关基因在酵母细胞质中表达，从IPP和DMAPP到β‑胡萝卜素合成相关基因在酵母过氧化物酶体中过表达，从甲羟戊酸到IPP和DMAPP合成相关基因在细胞质或过氧化物酶体中过表达。利用该方法构建的工程菌株β‑胡萝卜素产量显著提高。本发明构建的基因工程菌株经过9天发酵后发酵液中菌体干重可达213g/L，β‑胡萝卜素产量可达6.5g·L‑1。本发明构建的工程菌株可以高效合成β‑胡萝卜素，具有良好的应用前景。