Хемилюминесценция благодаря своей быстрой реакции, высокой чувствительности, отсутствию необходимости во внешнем источнике возбуждения и пригодности для онлайн-мониторинга стала горячей темой исследований в области аналитической химии. В данном обзоре систематически подведены итоги последних исследований в области сенсорных стратегий на основе химилюминесценции, усиленной наноструктурами, включая принципы функционализации материалов, механизмы оптимизации характеристик и аналитические приложения. В первую очередь подробно рассмотрена взаимосвязь структура-свойства в инженерии поверхностей и интерфейсов наноматериалов (включая нулевые, одномерные, двумерные и трёхмерные наноструктуры) для повышения эффективности хемилюминесценции. Во-вторых, систематизированы стратегии дизайна на основе функционализированных наноматериалов для продвижения создания высокоточных систем хемилюминесцентных сенсоров с особым вниманием к прорывам в специфическом распознавании в сложных матрицах и следовом анализе. Кроме того, подробно обсуждены типичные приложения хемилюминесцентных сенсорных технологий в непрерывном мониторинге новых загрязнителей окружающей среды, мультиплексном выявлении биомаркеров заболеваний in vivo/in vitro, а также в скрининге пищевых загрязнителей. Обзор не только раскрывает ключевую роль нанотехнологий в улучшении специфичности, стабильности сигнала и помехоустойчивости хемилюминесцентных сенсоров, но и предоставляет систематическую теоретическую базу и технические рекомендации для разработки нового поколения высокочувствительных интеллектуальных платформ хемилюминесцентных сенсоров.