本发明提供了一种核燃料包壳涂层及其制备方法，属于复合涂层技术领域。本发明提供的核燃料包壳涂层包括核燃料包壳和位于核燃料包壳表面至少一组层叠的复合涂层；每组复合涂层由内至外依次包括抗腐蚀抗氧化金属层、抗辐照过渡层和抗辐照非晶纳米晶层。本发明所述抗腐蚀抗氧化金属层不仅可以释放涂层中的内应力、提高与核燃料包壳的结合力，还可以在900℃以上的蒸汽条件下抗高温氧化并耐反应堆冷却水的腐蚀；所述抗辐照过渡层可以减少内应力的累积，并且同时具有抗辐照、抗腐蚀的性能；所述抗辐照非晶纳米晶层具有高硬度，且其可以直接吸收辐照产生的缺陷和损伤，从而减少辐照对包壳材料造成的影响。