本发明适用于薄膜的制备技术领域，提供了一种纳米防水薄膜及其制备方法和制备系统。该纳米防水薄膜的制备方法包括防水层的制备和疏水层的制备，其中，防水层沉积在基体表面，疏水层沉积在防水层上方。本发明使用多组分多层工艺，使多种组分自然交联形成防水层，在防水层上重复叠加疏水层形成纳米防水薄膜，实现了由多层组成且每层厚度在10～30nm之间的纳米防水薄膜在基体上的制备，纳米防水薄膜能防水的同时具有更好的疏水效果，能降低基体被腐蚀速度；纳米防水薄膜通过多种组份复合，达到所需的防水，疏水，抗盐雾，耐酸碱汗液等性能，使得纳米防水薄膜制备工艺简单化、实用化。