本发明公开了一种石墨烯复合橡胶沥青改性剂及其制备方法和应用，该石墨烯复合橡胶沥青改性剂包括以下重量份的组分：石墨烯粉体0.00005‑0.01份，分散介质3‑23份，橡胶粉78‑92份，和添加剂0.05‑6份；该石墨烯复合橡胶沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：(1)将石墨烯粉体和分散介质进行混合，机械搅拌，进而通过高速分散后得到石墨烯分散液；和(2)将所述石墨烯分散液与橡胶粉和添加剂进行密炼，制成上述石墨烯复合橡胶沥青改性剂；上述石墨烯复合橡胶沥青改性剂或其制备方法在沥青改性剂方面得以应用，能够大幅提高橡胶粉在沥青中的相容性和稳定性，可提高石墨烯复合橡胶改性沥青与砂石的粘结性能、高低温稳定性能，同时降低路面的温度和延长路面使用寿命。