本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种生物阴极传感器及其应用。本发明提供的生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的电自养阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；所述电自养阴极生物膜为以Moheibacter为主的混菌体系。本发明提供的生物阴极传感器能够用于监测并识别水体中非毒性有机物和毒性物质。