本发明涉及一种三维石墨烯‑纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，包括如下步骤：（1）制得1.0~10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液；（2）取泡沫镍浸泡到氧化石墨烯水溶液中，超声，制得负载有氧化石墨烯的泡沫镍材料，材料干燥，得三维氧化石墨烯材料；（3）依次将氢卤酸、四氯化钛溶于无水乙醇中，步骤（2）中的三维氧化石墨烯材料浸泡到溶液中，反应条件为100～200℃，保温1～6h，冷却，分离、清洗，干燥，得到三维石墨烯‑纳米二氧化钛复合光催化剂。该方法阻止在制备过程中石墨烯的层叠、不可逆团聚，大大提高了其比表面积和电子传输速率，得到的纳米二氧化钛的尺寸和形貌可控，提高了其光催化效果。