本发明公开了一种基于级联长周期波导光栅结构的CO2气体传感器，包括由下至上依次布置的硅衬底、波导下包层、条形波导芯层和波导上包层，在条形波导芯层的上表面设置第一长周期波导光栅及第二长周期波导光栅，条形波导芯层采用聚合物材料，波导下包层采用聚合物材料，波导上包层采用对CO2气体选择性吸附强的聚合物与金属‑有机骨架材料的复合气敏材料。本发明还公开了基于级联长周期波导光栅结构的CO2气体传感器的使用方法。本发明解决了ZIF‑8制作在光波导表面耗时、对ZIF‑8膜均匀性要求高和传感器灵敏度低的问题，同时利用干涉仪输出光谱波谷的特征波长对外界环境折射率扰动的高灵敏响应，实现对CO2气体的高灵敏快速测量。