本发明公开了一种复合生物膜制氢反应器,包括罐体、上封头,下封头、复合生物膜组件、折流挡板、气相分形收集器,复合生物膜组件竖直安装在罐体中,两端分别与上封头和下封头连接并密封,所述折流挡板设置在罐体与复合生物膜组件中间,气相分形收集器安装在复合生物膜组件上下两端并与膜组件连接。所述的气相分形收集器为多级递增的分形结构,支管与膜组件一一对应。本发明通过膜组件将外侧的液体和内部的气体分离开,可以提高生物膜制氢的反应效率,同时提高氢气向膜管内部的渗透速率。采用分形结构多级递增的气相收集器可以保持氢气在膜组件管腔内的压力平衡,促进氢气的高效收集。