一种热稳定三维有序大孔碳烟燃烧催化剂及其制备方法，属于柴油车尾气催化剂的技术领域。催化剂化学分子表达式为Ce1-x-yZrxMyO2，其中M为贵金属元素，催化剂中x和y取值范围0≤x≤0.5，y=0.01～0.1，贵金属离子掺杂进入铈基或铈锆固溶体晶格。制备方法为先制备PMMA胶体晶体模板；将Ce、Zr、M的金属离子共同混合，制成催化剂前驱体溶液，将前驱体溶液浸渍PMMA胶体晶体模板，然后在管式马弗炉中进行热处理。本发明贵金属和铈基材料的相互作用增强，既保证了催化剂的高活性，又避免了贵金属发生高温烧结失活的现象，并降低了贵金属的用量。