本发明涉及一种核壳型水性羟基丙烯酸酯微球乳液及其制备方法和应用。通过原位多段变速滴加方法制得核层‑壳层水性单分散丙烯酸酯核壳乳液，包括以下步骤：核层聚合：将釜底液加热后，加入引发剂溶液，再多段变速滴加含核层单体的核层预乳化液，采用中和剂调节pH后，得到聚丙烯酸酯核层乳液；壳层聚合：向聚丙烯酸酯核层乳液中多段变速滴加含壳层单体的壳层预乳化液和引发剂溶液，保温、冷却，反应结束后加入终止剂，采用中和剂调节pH后，得到核壳型水性羟基丙烯酸酯微球乳液。该乳液用于外墙涂料、木器涂料或防锈涂料领域。与现有技术相比，本发明合成的微球乳液具有高固含量、高羟值，粒径均匀等优点。