本发明公开了一种用于过滤的石墨烯复合薄膜及其制备方法和用途，该石墨烯复合薄膜由表层、内层和底层组成，所述表层为过滤层、内层为辅助支撑层、底层为增强支撑层；所述表层是纳米孔石墨烯，内层是碳纳米管网，底层是柔性金属网或醋酸纤维素。本发明将石墨烯薄膜与碳纳米管薄膜结合，并且发展了一种纳米孔引入方法，从而得到了高密度、孔均一分布的自支撑的纳米孔石墨烯复合薄膜的材料。本发明大大推动了石墨烯薄膜的净水实用化进程。本发明的薄膜可用于环境领域的水过滤及化工领域的物料分离。