本发明公开了一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法，其是利用页岩储层已有的甲烷作为燃料，通过地面注入的空气与页岩储层甲烷在径向水平井眼内混合，形成可燃混合流体并使其燃爆，利用燃爆产生的冲击压力压裂储层，从而在页岩储层内形成大范围的三维网络裂缝。本发明将常规燃爆压裂、径向水平井技术和超临界CO₂驱替技术相结合，通过合理布置径向水平井层数、分支数和方位角将页岩储层划分成不同改造区域，并在相应的区域内实施径向水平井眼内甲烷燃爆压裂，这不仅将传统的燃爆压裂作业区域从井筒拓展到地层深处，而且还有助于控制甲烷燃爆位置和方向，进而达到提高储层燃爆压裂效率的目的，实现页岩气资源的高效开发。