本发明公开了一种金属掺杂的宽温域润滑多层复合薄膜及其制备方法与应用。所述宽温域润滑多层复合薄膜包括：依次形成于基体表面的Mo过渡层、MoN过渡层及交替叠加层，其中，所述交替叠加层为金属元素掺杂的MoN/MoS2层，所述金属元素掺杂的MoN/MoS2层由金属元素掺杂的MoN层和金属元素掺杂的MoS2层交替叠加形成，且远离MoN过渡层一侧的是金属元素掺杂的MoS2层。本发明提供的宽温域润滑多层复合薄膜在宽温域范围内具有良好的低摩擦学性能，能够满足一些特殊零部件从室温至高温环境中的润滑需求。