本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，公开了一种CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：将水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料、水化活性胶凝材料与水混合，得到的混合物经过消解和轮碾预处理得到固废基填料，再经过压制成型处理，得到矿化砌块；将所述矿化砌块进行预养护处理，得到预养护处理的矿化砌块；将所述预养护处理的矿化砌块在矿化养护乏气存在下，在第一稳定压力和第一级梯级温度下接触蒸汽，再在第二稳定压力和第二级梯级温度下接触CO2气体，最后在第三稳定压力和第三级梯级温度下进行矿化养护，得到砌块。采用所述制备方法得到的砌块能够满足在潮湿浸泡环境下的适用性。