本发明属于聚合物复合功能薄膜制备技术领域，具体涉及一种亲水化改性的聚烯烃分离膜及其制备方法。制备方法包括：1)将聚乙烯、两亲性共聚物、稀释剂共混形成均相共混物；2)利用挤出工艺将均相共混物挤出后，经过铸片工艺形成固态厚片；3)将固态厚片进行纵向拉伸和横向拉伸，形成薄膜；4)利用萃取工艺将所述稀释剂从薄膜中萃取出来，得到多孔薄膜；5)将多孔薄膜依次经过热定型、收卷工艺，得到亲水化改性的聚烯烃分离膜。本发明通过添加两亲性共聚物至聚合物分离膜基体中，形成稳定的均相体系，提高了聚烯烃分离膜的亲水性和水通量。