本发明公开了一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺，其包括如下步骤：S1、通过计算机模拟设计出适合工程需要的超材料模型；S2、以模拟模型为参照，采用光刻胶甩出厚度为3~7um的底层保护膜；S3、在底层保护膜上做一层厚度为8~12nm金结构A；S4、采用光刻胶在金结构A上面甩出厚度为18~22um的薄膜A；S5、在薄膜A上做一层厚度为7~13nm金结构B；S6、采用光刻胶在金结构B上面甩出厚度为17~23um的薄膜B；S7、在薄膜B上做一层厚度为7~13nm金结构C；S8、通过光刻胶在金结构C上面甩出厚度为3~6um的顶层保护膜，从而得到超材料薄膜。本发明的超材料薄膜光学元器件，具有超薄、高效透射、多功能集成、工作频率宽等优点。