本发明提供一种用于水处理的复合碳源及其制备方法和应用，所述复合碳源按照质量百分含量包括如下组分：单糖类化合物10～20％，挥发性脂肪酸8～12％，C1～C5醇类化合物10～15％，酵母菌菌体5～10％；其中，酵母菌菌体能够与单糖类化合物反应生成挥发性脂肪酸和醇。本发明提供的用于水处理的复合碳源通过几种组分的复配协同，能够稳定、长效地释放碳源，脱氮效率高，使用寿命长，能够显著降低水体的总氮量并提高污水处理效率，而且避免了大量的污泥产出，使用便捷，可直接投放在污水处理设备中使用；所述复合碳源可通过糖液发酵得到，制备方法简单、原料易于获取，成本低，具有广阔的大规模应用前景。