本发明公开了一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法，解决了目前UO2燃料在遭遇意外事故工况下，堆芯温度存在急剧升高的风险；而UN燃料的热导率虽然能随着温度升高而提高，但是其与水的反应性导致并不适用于水冷反应堆的问题。本发明公开了一种高铀密度复合燃料芯块，包括25～35wt％的U3Si2粉末和65～75wt％的UN微球；本发明还公开了该高铀密度复合燃料芯块的制备方法。本发明不仅仅能够达到使热导率随着温度升高而提高的效果，并且还能适用于水冷反应堆。