本发明提供了一种辐射降温复合膜防护材料及其制备方法和应用，涉及辐射冷却及化学防护技术领域。本发明提供的辐射降温复合膜防护材料，包括聚乙烯膜以及依次设置在所述聚乙烯膜表面的氧化石墨烯层和聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物层。在本发明中，氧化石墨烯的层层堆垛结构能够有效阻隔化学毒剂的渗透，起到化学防护的作用，同时氧化石墨烯具有很高的发射率，和最外层的聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物层结合可实现辐射降温效果。本发明提供的辐射降温复合膜防护材料轻便、制备成本低，能够实现安全性与舒适性的统一。