本发明涉及一种双层金属波导耦合表面等离子体共振芯片及其制备方法，其中制备方法包括步骤：在棱镜的底面上制备第一金属层，所述第一金属层的厚度范围为8nm～50nm；在所述第一金属层的底面上制备绝缘层，所述绝缘层的厚度范围为300nm～1000nm，且所述绝缘层的折射率小于所述棱镜的折射率；在所述绝缘层上制备第二金属层，所述第二金属层的厚度范围为8nm～30nm。本发明使SERS信号得到了更大的增强，进一步提高了SERS的检测灵敏度，并且利用波导耦合SPR激励SERS，SPR共振角较小，对激发装置的要求低，同时电场在被检测物中的穿透深度长，可以在金属层表面构筑保护层，以更好地保护SPR金属传感膜。