本发明公开了一种叠合式多级生物过滤系统，包括：反应池、构建于反应池内的过滤体、设置于反应池外的曝气系统，过滤体包括上下依次设置的种植层、透水层、好氧介质层、缺氧介质层及厌氧介质层，好氧介质层、缺氧介质层及厌氧介质层沿空间高度方向两两隔断，且三者内分别填充有过滤介质，曝气系统连通好氧介质层、缺氧介质层及厌氧介质层。厌氧介质层的第一端与反应池的进水连通，其相对的第二端与上方的缺氧介质层对应的第二端连通，缺氧介质层的第一端与位于其上方的好氧介质层对应的第一端连通，好氧介质层相对的第二端与反应池的出水连通。本发明系统，反应路径长，占地面积小，单位面积污染物去除效率提高，脱氮除磷效果稳定。