本发明公开了一种高镁锂分离复合膜及其制备方法和应用，属于盐湖卤水提锂技术及海水资源化领域。所述高镁锂分离复合膜由高镁锂选择皮层与支撑液膜层耦合而成；其中，高镁锂选择皮层由多元胺水溶液和多元酰氯有机溶液在支撑液膜层的一侧聚合得到。本发明采用高镁锂选择性皮层与支撑液膜共同构成的复合膜与膜萃取技术耦合的方式对卤水或海水进行提锂，此方法具有高镁锂选择分离性强、提锂过程稳定性高等特点。本发明采用的萃取剂对锂离子具有高度选择性，并通过膜萃取的方式有效解决了传统溶剂萃取提锂工艺过程中存在的有机相夹带损失，避免了萃取剂与盐水互溶造成的环境污染，具有绿色、高效的特点。