本发明公开了一种石墨烯增强的树脂基全碳复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将碳纳米管薄膜在过氧化氢水溶液中浸泡，再在盐酸水溶液中浸泡，冲洗，进行机械单向拉伸，沉浸在第一液体中，用二氯甲烷冲洗，真空静置，得到处理后薄膜，将处理后薄膜浸入第二液体中，再采用提拉法进行提拉，得到层状结构，再于机械压力下沿层状结构的厚度方向压制，压制时从室温升温至180～200℃，再在惰性气体或氮气环境下从室温升温至1000‑1100℃并于该温度保持30min，冷却至室温，得到石墨烯增强的树脂基全碳复合材料，本发明通过设计层状结构、层结合面的预处理、石墨烯填料的应用，缓慢固化，利用软相与硬相的紧密结合，使复合材料质地紧密，实现了高导热性。