本发明公开了一种纳米二氧化硅改性聚氨酯弹性体及其制备方法。将聚醚多元醇、异氰酸酯和小分子二元醇经加成聚合反应制备聚氨酯预聚体，作为A组分；将扩链剂、硅酸乙酯和硅烷偶联剂混合均匀，纳米二氧化硅粒子由硅酸乙酯原位水解形成并被硅烷偶联剂表面疏水改性，将混合物脱除溶剂，制得B组分。将A组分和B组分按比例混匀、脱气、浇注、硫化成型，制得纳米改性聚氨酯弹性体。本发明实现了二氧化硅粒子在聚氨酯中的均匀分散，充分发挥了纳米粒子的增强效应，所制得的聚氨酯弹性体为纳米二氧化硅粒子交联，可显著改善聚氨酯弹性体的耐热性和化学稳定性；能适用于密封件对机械强度、耐磨性能、高弹性和耐油性的要求，具有广阔的市场前景。