光热效应多级结构微球形石墨烯气凝胶及其制备方法，涉及光热转换效应材料技术领域。以氧化石墨为原料，制备具有微孔道的微球形气凝胶，且在微孔道的石墨烯片表面利用金属纳米颗粒催化剂原位生长碳纳米管。石墨烯微孔道-碳纳米管多级结构的引入带来的粗糙度和比表面积增加增强光在材料内部的多次反射，进而提升材料的光吸收率和光热效应。该具有多级结构的微球气凝胶在1000W/m2的光照下能够在1分钟之内快速从室温升至83℃，显著高于纯石墨烯样品73℃，可利用于降粘吸附，海水淡化，催化反应，生物医疗等多个领域。