本发明公开了一种渣油加氢脱金属催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括大孔氧化铝层包覆的中间体和负载于中间体上的第二活性组分，所述第二活性组分包括钼和第VIII族金属；其中，所述催化剂中，以Mo原子计，四面体钼和八面体钼含量之比为0.21～0.72；所述大孔氧化铝层的孔容为0.95～1.40cm3/g，孔分布中孔径为100～400nm的孔容占总孔容的25％以上。本发明催化剂用于渣油加氢脱金属反应时，活性和稳定性均显著提高。