一种聚酰亚胺二氧化钛纳米片复合薄膜及其制作方法，该方法包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯与氢氟酸充分混合后加热反应,得到纳米片状二氧化钛粉末；(2)将步骤(1)得到的纳米片状二氧化钛粉加入有机溶剂,使纳米颗粒均匀分布在有机溶剂中；再加入二胺和二元酸酐,进行聚合反应，得到前驱体聚酰胺酸/二氧化钛浆液,用所述浆液制备一定厚度的薄膜,通过加热所述薄膜对聚酰胺酸进行热亚胺化处理，经过亚胺化反应后,制得聚酰亚胺二氧化钛纳米片复合薄膜。本发明能够有效增大复合薄膜介电常数，并显著提高薄膜耐电晕老化寿命。