本发明涉及一种通过冷冻干燥法提高氧化石墨烯膜激光还原效率的方法。所述方法包括以下步骤：(1)准备氧化石墨烯分散液；(2)将步骤(1)的氧化石墨烯分散液置于衬底上，制备得到氧化石墨烯分散液膜；(3)冷冻干燥步骤(2)的氧化石墨烯分散液膜，制备得到氧化石墨烯膜；(4)以激光照射还原步骤(3)的氧化石墨烯膜，制备得到石墨烯膜。本发明的方法大幅降低了激光功率，可以利用功率低至1mW的低功率激光器，一次成型还原石墨烯、工艺简单、价格低廉且环境友好，适合大规模生产。本发明制备的石墨烯膜内部结构呈三维、多孔状，具有高比表面积。