本发明公开了一种石墨烯增强Ti/Al3Ti微叠层复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料技术领域，本发明通过（1）配置、喷涂石墨烯浆液，（2）依次堆叠不同金属箔片，（3）热压烧结，（4）烧结后高温退火处理，制备的石墨烯增强Ti/Al3Ti微叠层复合材料呈现出Ti层、石墨烯增强Al3Ti层交替分布的叠层微观组织。石墨烯增强Al3Ti层作为“硬”相，保证了复合材料的高强度；Ti层、Al3Ti层及石墨烯增强相界面间的良好结合有利于载荷的传递，使复合材料具有良好的塑性变形能力；Ti层作为“软”相能够有效阻碍裂纹扩展，且软硬交替排列的微叠层结构使得在弯曲载荷作用下所产生裂纹的扩展路径更为曲折，能够明显改善复合材料的韧性。