本发明提供了一种微反应器系统内柴油萃取‑氧化超深度脱硫的方法。它是利用微反应器系统，对现有基于离子液体的柴油萃取‑氧化超深度脱硫工艺进行改进后的方法。本方法先将柴油和萃取剂离子液体在第一个微混合器中接触混合，在微混合通道中大部分硫化物从柴油萃取至离子液体，之后柴油‑离子液体两相混合物料与氧化剂在第二个微混合器中接触混合，并在与第二个微混合器出口连接的微通道反应器中完成硫化物的氧化和脱除，实现柴油超深度脱硫。反应物料在微通道反应器内的停留时间为10～90min。与现有技术相比，通过对脱硫过程的强化实现高效脱硫和设备小型化，且工艺简单并可连续生产，具有广阔的实际工业应用前景。