本发明涉及一种低碳烷烃脱氢催化剂及其制备方法和应用，该方法包括：S1、使含有第IVA族金属的氧化铝载体与第一浸渍液接触进行第一浸渍，将经第一浸渍后的固体取出并进行第一焙烧，得到第一固体；其中，第一浸渍液含有第VIII族金属化合物、HCl和沸点为40‑99℃的弱极性溶剂；S2、将第一固体与第二浸渍液接触进行第二浸渍，将经第二浸渍后的固体取出并进行第二焙烧，得到第二固体；其中，第二浸渍液中含有第IA族金属化合物；S3、将第二固体依次进行氧氯化处理和还原处理。本发明的催化剂具有较优的稳定性和对目的产物烯烃的选择性。