Kulturminister Jeremy Hunt hade krävt att systemet skulle förenklas för att hjälpa "turbocharge" turism i kölvattnet av OS i London 2012.
Men ett brev från Daily Telegraph antyder att Theresa May tror att det skulle utgöra ett säkerhetshot.
Brevet, skrivet av Mays privatsekreterare, säger att hon anser att planen är "oacceptabel".
I tisdags lade Hunt fram en strategi för att ge turismen i Förenade kungariket ett uppsving efter Londons spel och sade att ministrarna försökte förenkla viseringsansökningarna för medborgare utanför EU.
Strategin fokuserade på att locka besökare från Kina, där regeringen tror att det finns potential att tredubbla antalet turister - generera mer än 500 miljoner pund i extra utgifter och skapa mer än 14 000 arbetstillfällen.
För närvarande kan besökare ansöka om ett enda visum för att besöka en stor del av Europa - men det krävs ett separat visum för att resa till Storbritannien.
Länder som Frankrike och Tyskland är mycket mer framgångsrika när det gäller att locka kinesiska besökare, och Förenade kungariket skulle kunna göra bättre ifrån sig om det var lättare att få visum, har Hunt föreslagit.
Men ett brev från Mays privatsekreterare till premiärministerns privatsekreterare sade att de nuvarande reglerna var ett "nyckelverktyg för att skydda allmänheten mot betydande skada".
Det finns redan 400 kinesiska brottslingar som väntar på utvisning och 1000 asylansökningar från kinesiska medborgare förra året, sade det.
"Förslaget... är inte godtagbart för hemsekreteraren av nationella säkerhetsskäl", sade brevet.
"Vi står också inför stora utmaningar med utländska lagöverträdare och organiserad brottslighet, inklusive narkotika, penningtvätt, bedrägeri, kriminell ekonomi, immateriella rättigheter, invandring och IT-brottslighet."
Men Mark Tanzer, chef för Association of British Travel Agents (Abta), sade: "I avsaknad av konkreta uppgifter om viseringsmissbruk, är det omöjligt att avgöra om rätt balans uppnås mellan Storbritanniens kommersiella intressen och dess säkerhetsbehov."
Han hävdade att det behövdes "riktiga förfaranden för övervakning och rapportering av viseringar" och att alla former av missbruk av systemet skulle kunna åtgärdas när de uppstod.
"Vi får inte glömma att visum bara är en av de faktorer som avskräcker kinesiska turister från att besöka oss - brist på flygvägar och höga luftfartsskatter också dämpa efterfrågan," tillade han.
Tanzer har tidigare sagt att hans organisation "välkomnade" Hunts position som "ett steg i rätt riktning".
Under tiden berättade invandringsminister Damian Green att ett visumsystem hade misslyckats med att locka så många av de mest begåvade konstnärer, musiker och vetenskapsmän att komma och arbeta i Storbritannien som regeringen hade hoppats.
"Vi erbjuder tusen visum per år för de exceptionellt begåvade", sade Green.
"Under sitt första verksamhetsår kom den inte i närheten av att använda dem alla.
"Det säger mig att vi måste finjustera systemet för att se till att runt om i världen, om du är en ljus ung konstnär eller en begåvad ung forskare, du vet att det finns denna väg att komma och arbeta i Storbritannien. Vi måste göra det bättre."
Ministern tillade: " Om du är en nuvarande nobelpristagare, kommer du inte att finna det särskilt svårt att komma in i detta land.
"Men vi vill ha nästa generation Nobelpristagare, så vi har skapat en specifik väg i invandringssystemet."
Förenade kungarikets inrikesminister har uttryckt oro över planerna på att göra det lättare för kinesiska turister att få visum.