本发明公开了一种粒径和表面电位可调的单分散TiO2微球及其制备方法,具体涉及一种通过有机配体抑制钛源的水解速度,制备粒径和表面电位可调的单分散TiO2微球。所述有机配体至少包含两种不同类型的官能团,其中一种为羧基。具体过程为:配制钛源、有机配体与无水溶剂混合溶液,然后向上述溶液中加入不同量的去离子水,剧烈搅拌一段时间,离心,得到不同粒径的单分散TiO2微球。本发明提供的粒径和表面电位可调的单分散TiO2微球的制备方法,操作简单,成本低;仅通过调节水解过程中水量即可得到粒径在100~300nm的表面电位可调的单分散微球。本发明的微球可广泛应用于光子晶体、催化剂和太阳能电池领域。