本发明公开了聚丙烯腈碳纤维及其制备方法，其中，所述方法包括：(1)以二甲基亚砜或二甲基甲酰胺为溶剂，将丙烯腈和衣康酸或丙烯腈与丙烯酸甲酯和衣康酸进行共聚合，以便得到聚合物纺丝溶液；(2)将聚合物纺丝溶液依次进行纺丝、牵伸、水洗、上油、干燥和热定型，以便得到聚丙烯腈原丝；(3)将聚丙烯腈原丝依次进行预氧化和碳化处理，得到聚丙烯腈碳纤维，其中，所述预氧化过程包括低温预氧化和高温预氧化，所述低温预氧化在空气气氛中进行，所述高温预氧化在氮气气氛中进行。采用该方法制得的碳纤维拉伸强度高于4.9GPa，拉伸模量高于230MPa，并且与单纯在空气气氛预氧化处理得到的碳纤维相比，体密度增加1.6％，纤维收率增加5.6％。