本发明属于生物质资源高值化转化技术领域，公开了一种油浴生物质分步共热解的方法。方法包括如下步骤：以非食用油脂为生物质烘焙介质，对生物质进行油浴烘焙预处理，随后预处理后的混合物进行分步共热解生产特定含氧化合物和富烃生物油。所述生产的富烃生物油可直接用于锅炉燃烧，或作为化工基料进行进一步精炼用于化工领域。本发明实现了烘焙和分步共热解两个过程的协同耦合，减少烘焙前后木质纤维素类生物质的干燥过程，有效提高了生物质的利用效率；通过分步共热解的方法，在生产阶段对生物油进行初步分馏，简化系统，使得系统经济性得到显著提升，适合工业化生产应用。