本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种石墨烯膜及其制备方法。以三维连通的高孔隙率高密度的多孔金属为模板，利用化学气相沉积工艺，在适宜的温度和气氛条件下，在金属模板表面催化生长石墨烯层。去除金属基底后，得到三维连通的多孔石墨烯骨架。通过施加压力，将所述三维石墨烯骨架压制成柔性膜。调控制备参数，可以对所述石墨烯薄膜的厚度，孔隙等进行调控。本发明工艺简单，生产成本低廉。所制备的石墨烯膜具有很高的结晶质量和柔韧性，在面内和垂直平面方向上均具有优异的导热、导电性能。由于所述石墨烯膜为高结晶质量的全炭结构，可在800℃以下空气环境下稳定使用，在导热、导电、电磁屏蔽等领域具有巨大的应用潜力。