本发明涉及一种臭氧光催化反应器及其工作方法，它属于污水处理领域。本发明包括罐体、进水系统、进气系统、臭氧发生系统、混合区、反应区和颗粒型光催化剂，罐体设有进水系统、进气系统、混合区、反应区、三相分离器、气水分离器、出水连接管、出气管、提升管和回流管；进水系统中污水依次通过进水泵、立管、循环泵、进水管、环形进水主管、进水支管、喷水嘴进入罐体内；进气系统与罐体外部的臭氧发生系统相连，进气系统包括进气管、环形进气主管、进气支管和臭氧释放器；反应区外部设有多个紫外光灯，反应区内设有颗粒型光催化剂。本发明结构设计合理，安全可靠，提高光催化效率，解决光催化剂回收的问题，提高污水处理效果，满足使用需求。