本发明涉及生物工程技术领域，公开了一种抗人MICA/B α3区二价纳米抗体及其应用。该二价纳米抗体的重链可变区包括如SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，或者包括与SEQ ID NO:1具有相似或相近生物学活性的氨基酸序列。本发明的抗人MICA/B α3区二价纳米抗体具有纳米抗体的优势，且能够在体内长时间稳定存在，特异性地结合人MICA/B α3区，有效抑制肿瘤细胞表面MICA/B的水解脱落，进而恢复NK细胞的免疫监视，实现肿瘤的靶向治疗。