本发明涉及一种TiO2星形纳米材料的制备方法，将一定量的氯仿和油胺加到具有聚四氟乙烯内胆的反应釜中形成有机相，向该有机相中快速加入一定量的TiCl4和蒸馏水形成两相反应体系，将反应釜温度升至120℃～160℃，两相热反应6～10h，所得反应混合物冷却至室温后，加入无水乙醇溶解为一相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤，得到TiO2星形纳米材料。本发明无需煅烧等复杂工艺步骤，制备条件温和易控制，可实现一步法制备出形貌均一、结构稳定、性能优异、表面清洁的具有星形结构的TiO2纳米材料，该星形结构的TiO2纳米材料具有优异的光催化性能，在2h内可将甲基橙催化降解完全。