一种升流式多级内循环低氧曝气生物反应器，包括外筒和设置在外筒内的主导流筒，主导流筒和外筒间形成供污泥下降沉淀的沉淀区；外筒的底部内设置有气体分布器和布水器，布水器用于将污水吸入并喷洒在外筒底部内，气体分布器用于将气体吸入外筒底部与污水进行混合形成气液混合物，并将气液混合物推入主导流筒内进行循环，其特征在于：主导流筒内沿轴向间隔分布有多个分段导流筒，分段导流筒与主导流筒同轴设置；分段导流筒内形成供气液混合物上升的升流区，分段导流筒和主导流筒间形成供气液混合物下降的降流区；气体分布器固定设置在分段导流筒的正下方。本发明能够提高氧气利用率，减少曝气能耗。