本发明涉及合金材料领域，公开了纳米钛增强镁基合金复合材料及其制备方法。制备方法，包括：将纳米钛颗粒与镁粉球磨混合使纳米钛颗粒和镁粉初步混匀得到初混料；对初混料进行超声处理，使局部微观团聚的纳米钛颗粒进一步分散得到终混料；将终混料加入至镁合金熔体中混合均匀得到复合材料熔体；将复合材料熔体浇铸成型得到纳米钛增强镁基合金复合材料。纳米钛增强镁基合金复合材料，采用上述制备方法制得。本申请提供的制备方法，可使得纳米钛能够在镁合金熔体中均匀分散，制得力学性能好的镁合金材料。