本发明提供一种太阳光自动跟踪光热催化-膜分离反应系统，旨在提供一种高效光热催化反应系统，它包括光热催化反应区、膜分离区、太阳光自动跟踪仪、系统控制区、太阳能发电区。通过曝气混合驱动方式将TiO2催化剂与污染物充分混合，促使混合液循环流动进行光热催化反应。本系统在太阳光自动跟踪仪的带动下能全天候跟踪太阳光，具有很高的光能利用率和传质效率，太阳光自动跟踪仪的设置大大提高了光热催化反应去除污染物的效率，使得光能利用率达到最大化；太阳能发电区所提供的电能能够满足整个系统所需电量，使本系统摆脱外接电源的束缚，真正做到了高效节能，自给自足。