本发明公开一种非均一曲面微透镜阵列的制作方法。这种方法包括两部分：采用精密微小型机床加工出曲面微透镜阵列模具；利用浇铸法，将液体PDMS铸入加工好的曲面微透镜阵列模型中，制备出曲面微透镜阵列样品。相比于均一曲面微透镜阵列，这种结构能改善边缘透镜的成像质量，从而提高了整个曲面微透镜阵列的成像质量。本发明制作工艺简单，不需要复杂的设备，成本较低，加工出的模型可重复利用，成功率较高，并且固化后的PDMS具有较强的化学稳定性和较高的透光率。