一种加油站地下储油罐内衬结构及其施工方法，要解决现有地下储油钢罐腐蚀渗漏影响环境保护问题，技术方案包括：双层内衬结构设计：根据油罐承受的载荷，计算独立于原有地下储油钢罐的双层内衬结构的受力强度，确定外层、中间间隙层和内层玻璃纤维增强复合材料的厚度；油罐内表面干冰除锈清洁涂刷底涂树脂；依次外层、中间间隙层、内层玻璃纤维增强复合材料施工，光固化不饱和树脂与光固化剂按100∶（0.2～0.6）混合均匀；紫外固化灯固化；防雷防静电接地、泄漏检测信号引出线经中间间隙层，从储油罐的入孔引出。本发明具有无需现场开挖、施工周期短、综合成本低等优点，改造后的油罐有完整的双层结构，符合国家标准。