本发明公开了一种仿生环境适应性自修复涂层及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使包含异氰酸酯、多元醇的第一混合反应体系进行缩聚反应，获得预聚物；使包含含非共价氢键的材料和/或含共价双硫键的材料、预聚物的第二混合反应体系进行反应，获得聚氨酯材料；将聚氨酯材料与改性石墨烯材料混合，使改性石墨烯材料以平行排列的方式分布在聚氨酯材料中，获得仿珍珠层结构复合涂层，之后进行固化，获得仿生环境适应性自修复涂层。本发明制备的仿生环境适应性自修复涂层具有高的极限抗拉强度以及优异的机械性能；同时，由于动态氢键、柔性双硫键和界面氢键的协同作用，表现出超强的机械性能和杰出的室温甚至盐水环境下的自修复行为。