本发明涉及一种薄膜镁电池钴酸镁正极靶材、制备方法及薄膜镁电池，属于镁电池技术领域。制备方法包括：将镁盐粉末与四氧化三钴粉末混合得到混合粉末；将混合粉末放入球磨罐内与氧化锆球相混合，然后添加分散剂继续混合、球磨；然后在球磨罐内添加粘结剂，继续球磨；球磨后的合成粉过500目的筛，过筛的合成粉经称重后，倒入震动模具内，加压，形成模压的坯料；将坯料放入冷等静压机内加压并保压，得到冷等静压后的钴酸镁正极靶材坯料；将钴酸镁正极靶材坯料放入气氛烧结炉内或者放入真空烧结炉内，进行多段保温、多段降温后，随炉自然冷却到室温，得到薄膜镁电池钴酸镁正极靶材。本发明制得的薄膜镁电池钴酸镁正极靶材的成分均匀，便于薄膜沉积。