一种分层冷冻固结磨料抛光垫及其制备方法，其特征是由以下步骤制备而成：首先将配比好的微米级磨料与去离子水搅拌均匀，经机械分散得到磨料处于分散、悬浮状的液态或胶态待冷冻原料，并将其置入下模中；其次，将上模与下模相配，再将抛光液静置7～8分钟直至抛光液出现较为明显的浓度分层；第三，向进液口通入液氮直至抛光液冷冻成型，或将模具置于－60℃至－80℃的低温试验箱中冷冻2～3分钟；第四，将模具整体倒置，并向进液口通入热风1‑2分钟，或向下模的外表层吹热风1‑2分钟；第五，将抛光垫制备模具与冷冻固结磨料分离，即得由经自然沉降分级后冷冻而成的微米级磨料层、亚微米级磨料层、纳米级磨料层和去离子水层组成的抛光垫。本发明方法简单，使用过程中无需更换垫光垫。