一种金属单原子催化剂及制备方法，将半导体金属氧化物与空穴牺牲剂溶液混合，搅拌均匀，并采用惰性气体吹扫，在光源下照射，得到还原性金属氧化物分散液；将单原子源液滴加到上述还原性金属氧化物分散液中，避光搅拌，分离，烘干，得到金属单原子催化剂；其中，单原子源液中单原子的质量比为半导体金属氧化物质量的0.01‑10％。本发明利用半导体金属氧化物内部存储的光生电子，实现金属单原子在氧化物表面的稳定、高通量负载。本发明金属氧化物存储的电子触发单原子负载，电子释放缓慢，在催化剂表面分散均匀，避免了金属单原子长大为纳米颗粒的缺陷。相较于现有的制备方法，本发明操作简单，单原子负载量大，结构稳定，可大量生产。