本发明涉及微生物筛选技术，公开了一种基于双乳液体系的高通量筛选微生物菌株的方法及其应用。该方法包括：建立微生物突变体库，构建微流控双乳液芯片；利用微流控双乳液芯片对微生物突变体库中的菌株进行包埋形成双乳液液滴，液滴的内相含有微生物突变体库菌株的培养液与具有生物相容性的溶液的混合物、中间相含有能够特异性结合目标产物的靶标结合元件、外相为含有表面活性剂的氟化油；将双乳液液滴固化成核壳微球后进行培养，利用微球中靶标结合元件与目标产物结合形成指示信号，以对微球进行微流控分选。该高通量筛选方法保证了菌株生长的环境，筛选信号稳定准确，大大提高了筛选的精确性，且适用于小分子有机物的检测。