本发明公开了一种木质素基二苯基甲烷二异氰酸酯及其制备方法与应用，所述木质素基二苯基甲烷二异氰酸酯如式Ⅰ所示，其制备方法为木质素裂解单体化合物II与羰基化合物经羟烷基化反应得到化合物III，化合物III与氯乙酰氨经氨化反应得到化合物IV，化合物IV经Smiles重排反应得到化合物V，化合物V与含碳酸基的化合物反应得到式Ⅰ所示的木质素基二苯基甲烷二异氰酸酯。本发明产品代替MDI用于聚氨酯材料的合成，提高了聚氨酯材料的韧性、热稳定性和玻璃化温度；用于聚氨酯防水涂料应用时，吸水率明显下降，涂料的稳定性也得到提高。