本发明公开了一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用。将石墨烯‑乙醇悬浮液均匀涂敷在纯铜片上，对折、压紧，然后进行连续多次轧制。在轧制力的作用下，铜基体变形进而带动石墨烯分散。随着轧制道次的增加，石墨烯除了随着轧制过程中样品的延长而在平行于轧制方向的面内分散外，在样品厚度方向也加速分散开，对样品进行后续放电等离子烧结最终获得均匀且高硬度的石墨烯增强铜基复合材料。该复合材料具有很高的硬度和塑韧性，硬度最高可达纯铜的4.2倍，在高耐磨导电材料领域具有良好的应用前景。该方法所需设备为工业轧机和放电等离子烧结炉，制备过程简单，成本低，有利于大规模工业应用。