本发明公开一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜及其制备方法。所述多层光学薄膜包括玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上层叠设有SiNx薄膜、SiOxNy薄膜和/或SiOxFy薄膜；所述光学薄膜整体为金字塔结构。制备时，使用单点金刚石切削金属模具，通过纳米压印技术结合等离子体刻蚀的方法将金字塔结构阵列转移到多层光学薄膜中。本发明的产品具有优良的聚焦性能，焦距可以通过微结构内部的膜层设计进行调节，在可见光以及近红外波段具有消色差的特性。其制备工艺成本低，效率高，可以实现大尺寸范围的批量化生产。