本发明提供一种基于多级增强的钛铝系合金，该钛铝系合金包括骨架增强体和包裹着骨架增强体的铝基体；铝基体为铝或铝合金，骨架增强体为三维网状结构的钛或钛合金，骨架增强体构成合金的骨架增强结构；骨架增强体的表面包裹镀层材料，镀层材料为粘结剂均匀混合镀层粉末形成的混合物，镀层粉末为Nb粉；镀层材料与铝基体形成金属中间相，金属中间相与镀层材料构成合金的界面增强结构；骨架增强结构和界面增强结构实现对钛铝系合金的多级增强。本发明还提供一种基于多级增强的钛铝系合金的制备方法。本发明的合金通过骨架结构增强和界面增强的多级增强方式，在不增加密度的同时，提升了铝合金的综合性能，得到高材料利用率且性能优异的铝合金材料。