本发明公开了一种光热刺激智能响应致动器薄膜、制备方法及其应用，属于高分子复合技术领域。本发明的光热刺激智能响应致动器薄膜，由上至下依次层叠布置的三层膜构成，第一层为聚N-异丙基丙烯酰胺的碳纳米复合材料膜层，第二层为碳纳米材料膜层，第三层为聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)的碳纳米复合材料膜层。本发明还公开了上述光热刺激智能响应致动器薄膜的制备方法及其应用。本发明的光热刺激智能响应致动器薄膜能在更宽的温度范围内、分阶段的产生较大形变，这种温度刺激响应具有可逆性，特别适用于软机器人、药物输送、电机和人造肌肉等光热响应致动器。