一种制备炭纤维与石墨烯复合纸的方法是将氧化石墨在去离子水中超声处理，超声时间为5-100min，超声功率为50-300W，得到浓度为0.1-10mg/mL的氧化石墨烯溶液，按氧化石墨烯与炭纤维前驱体基体的质量比为0.01-100:1，将氧化石墨烯溶液与炭纤维前驱体基体进行沉积复合，得到炭纤维与氧化石墨烯复合纸；在300-3000℃温度，保护气氛或真空保护条件下高温处理0.1-10h，得到炭纤维与石墨烯复合纸。本发明具有高导热、高导电、力学性能好、易于实现批量化生产的优点。