本发明公开了一种含有氧化铈改性碳纳米纤维的燃料电池气体扩散层结构、制备方法、膜电极组件以及燃料电池。本发明技术方案设置所述气体扩散层包括气体扩散层基底层、微孔层。所述微孔层是包含有采用静电纺丝技术制备的氧化铈改性碳纳米纤维、疏水剂，导电剂制备。所述氧化铈改性碳纳米纤维在所述微孔层厚度方向上具有梯度分布。采用该气体扩散层结构制备的膜电极以及装配成的燃料电池电堆，一方面可以阻止在电堆运行过程中产生的HO·自由基和HOO·自由基对质子膜的攻击，另一方面可以及时排出燃料电池电堆运行过程中产生的多余水分，从而有效提高燃料电池电堆的耐久性和水管理能力。