本发明涉及一种碳纤维表面在线连续生长碳纳米管的制备方法，具体步骤为：先对碳纤维进行表面电化学阳极氧化处理，然后浸渍在Co(NO3)2溶液中，在管式炉中通入氢气，碳纤维表面的金属盐被还原为金属单质，还原后放入化学气相沉积炉中，在氢气的保护下，500‑800℃下乙炔裂解，并在碳纤维的表面通过金属单质的催化作用下生成碳纳米管，得到表面负载碳纳米管的碳纤维增强聚合物复合材料，碳纳米管是多壁的并且它们的管壁基本上平行于碳纳米管轴线，多壁碳纳米管的形态由逐层石墨结构组成，管壁间隙之间的距离很小，碳纤维碳纳米管分布均匀，且相互缠绕，提高了抗分层性和贯穿厚度性能。