本发明属于纳米材料制备领域，具体公开了一种以木质素为原料氮掺杂碳球及其制备方法与应用。所述制备方法包括以下步骤：将碱木质素溶水后加入过氧化氢反应得到脱甲氧基木质素反应液；将苯胺或苯胺衍生物和亚硝酸钠反应得到重氮盐反应液；将上述反应液混合反应；加稀硫酸沉淀、洗涤、干燥，得到木质素基偶氮聚合物并溶解于有机溶剂，加入水改变微相环境得到木质素偶氮聚合物胶体球；将木质素偶氮聚合物胶体球在惰性气体保护下煅烧，冷却后得到氮掺杂碳球。本发明制得的木质素偶氮聚合物胶体球炭化可以得到结构均一的多孔氮掺杂碳球，应用于锂离子电池负极活性材料时表现出优良的首次库伦效率和长期循环稳定性，是绿色可再生的纳米电极材料。