本发明提供一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法，方法包括以下步骤：(1)将胺类物质溶解于溶剂中，加入二酐进行缩聚反应，得到低粘度预聚物；(2)将无机填料加入预聚物中，分散均匀后进行研磨，继续加入二酐调节粘度，得到纳米杂化聚酰胺酸树脂；(3)将纳米杂化聚酰胺酸树脂与脱水剂、催化剂混合，通过化学亚胺法部分酰亚胺化，再通过热亚胺法完全亚胺化，得到聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜化学亚胺法部分酰亚胺化程度为完全亚胺化的50～90％；本申请聚酰亚胺薄膜通过调节化学亚胺法的化学亚胺程度，控制模量和伸长率，提升聚酰亚胺薄膜的力学性能，同时提高了无机填料的掺杂量，解决了薄膜高韧性与高掺杂量之间的矛盾问题。