本发明公开了一种聚晶金刚石复合片及其制备方法和应用，该制备方法包括：提供用于制备聚晶金刚石层的表层粉料和过渡层粉料；将表层粉料和过渡层粉料分别置于氢气气氛中烧制；将烧制后的过渡层粉料和表层粉料与硬质合金基体装配成内合成模，并进行真空热处理；对真空热处理后的内合成模进行外组装，在靠近硬质合金基体一端外侧铺设常温下热导率≤3.80W/m·K的均压材料，远离硬质合金基体的一端外侧铺设常温下热导率≥4.50W/m·K的均压材料；向内合成模传递8.0GPa以上的成型压力，高温烧结，形成聚晶金刚石复合片。该制备方法将聚晶金刚石复合片的成型压力提高至8.0GPa以上，能够降低聚晶金刚石层中的钴含量，提高聚晶金刚石复合片的耐磨性、抗冲击性以及热稳定性。