本发明提供一种石墨烯复合导热膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯粉体溶于去离子水，得到氧化石墨烯溶液；向所述石墨烯溶液中加入还原剂，充分搅拌分散并获得氧化石墨烯浆料；将所述石墨烯浆料涂布于碳基底层表面；将涂覆有所述石墨烯浆料的所述碳基底层置于一烘箱中烘干，获得碳基底层及石墨烯膜复合片状结构；使用至少两层石墨纸将所述碳基底层及石墨烯膜复合片状结构双面夹持，并置于石墨化炉中，在惰性气体气氛中烧结，冷却至室温取出，使所述碳基底层及石墨烯膜复合片状结构中的碳基底层与石墨烯膜烧结为一体得到石墨化的碳基底层及石墨烯膜复合结构；将所述石墨化的碳基底层及石墨烯膜复合结构进行物理塑形得到石墨烯复合导热膜。