本发明提供了一种羧基化橡胶复合材料及其制备方法。所述羧基化橡胶复合材料由包括羧基化橡胶、木质素和分散剂在内的原料制备而得；以羧基化橡胶为100重量份计，木质素10～300重量份，分散剂0.1～20重量份；还可以包括硫化剂，硫化剂0.1～20重量份；本发明通过分散剂中金属离子，在羧基化橡胶分子链中的羧基与木质素中的酚羟基之间构筑配位键作用，促进了木质素在橡胶基体中的分散，提高了木质素与橡胶基体界面相容性，制得的复合材料具有优异的力学性能。