本发明涉及一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法，该方法包括以下步骤：将催化剂、助催化剂和有机溶剂配制得到碳源溶液，并将钛源溶解在碳源溶液中，得到钛源/碳源混合溶液；将反应器升至反应温度，并在反应器内持续通入载气和反应气；将钛源/碳源混合溶液注入反应器中，发生高温裂解反应，冷却后，收集得到二氧化钛/碳纳米管复合纤维。与现有技术相比，本发明采用原位合成的办法，解决了传统浸涂法中二氧化钛和碳纳米管之间连接不紧密、电子传输效率低导致光催化活性低的问题，同时改善了水热法不可连续制备、产物收集困难的问题。