本申请公开了一种构建多层生物膜电极的方法及多层生物膜电极。该方法包括以下步骤：提供包括由阴极腔室和阳极腔室构成的H型电解池、工作电极、对电极、参比电极和培养基的反应体系，向阴极或阳极腔室中添加培养基；向阴极和/或阳极腔室中添加第一微生物菌种，然后施加电势，使第一微生物菌种生长在工作电极和对电极中的至少一个的外表面上以形成第一生物膜；然后向体系中接种第二微生物菌种，使第二微生物菌种利用第一微生物菌种的代谢产物，在第一生物膜外形成第二生物膜；向阴极或阳极腔室中通入气体，设定恒定电势，培养并驯化生物膜，进行微生物电合成；根据微生物菌种的最适生长pH和温度，调节体系的pH和温度，并对pH进行监测。