本发明公开了一种柔性二氧化钛纳米纤维膜及其制备方法和应用。本发明的柔性二氧化钛纳米纤维膜由纳米二氧化钛陶瓷纤维交织而成,其制备方法包括以下步骤:1)制备陶瓷前驱体溶液;2)将陶瓷前驱体溶液和有机聚合物混合,得到纺丝液;3)将纺丝液加入静电纺丝机,进行静电纺丝,再进行固化、热解和烧结,即得柔性二氧化钛纳米纤维膜。本发明的柔性二氧化钛纳米纤维膜具有外观和机械性能良好、光催化效率高、耐高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、柔韧性好等优点,且其制备工艺简单可靠、生产成本低,适合进行大规模生产应用。