本发明公开了一种宝石级大单晶金刚石多腔体合成结构及其制备方法和应用。多腔体合成结构包含设有组装腔的传压块，组装腔内设置有绝缘体，绝缘体上下两端对称设置有导电堵头组件；绝缘体设有多个圆柱形合成腔；圆柱形合成腔内设置有大单晶生长组件。加热管装入圆柱形合成腔，圆柱形合成腔内部由下向上依次设置有晶床、触媒片、碳源、传压片及绝缘管，晶床、触媒片、碳源及传压片由下至上依次设置于圆柱形合成腔内，绝缘管包设于碳源和触媒片外围并置于传压片及晶床之间，加热管包设于传压片、绝缘管及晶床的外围；组装合成块装入组装腔中，两端对称设有导电堵头组件，得到多腔体合成结构。采用本发明可实现1～5克拉级大单晶的稳定优质合成。