本发明属于改性复合材料制备技术领域，具体涉及一种高填充填料改性聚烯烃复合材料及其制备方法与应用。本发明将粉体与分散剂水溶液混合并搅拌均匀，得到粉体浆料；一级挤出机为双螺杆挤出机，聚烯烃树脂从一级挤出机主喂料口下料，同时在一级挤出机中部塑化区将粉体浆料压入；二级挤出机为双螺杆挤出机，位于一级挤出机下方，螺杆长径比大于48:1；一级挤出机挤出的复合材料熔体流入二级挤出机的主喂料口下料，经熔融混合挤出、冷却、干燥、切粒，得到高填充填料改性聚烯烃复合材料。本发明采用二级挤出水溶液分散技术有助于高填充量粉体在聚烯烃材料中的分散，并使改性材料具有优异的物理机械性能，制造方法简单，材料性能优异。