本发明公开了一种抗氧化炭气凝胶复合材料及其制备方法和应用，所述抗氧化炭气凝胶复合材料的制备方法包括：制备炭气凝胶块体材料，对干凝胶进行亲水改性，配制微晶玻璃前驱体溶液，将亲水处理后的干凝胶表面浸渍到玻璃先驱体溶胶中，使玻璃先驱体溶胶在炭气凝胶表面进行凝胶并老化，之后经过干燥、烧结和炭化，在炭气凝胶表面形成致密玻璃层；在炭气凝胶其它表面重复操作以上步骤，得到表面包裹微晶玻璃层的抗氧化炭气凝胶复合材料。本发明提高了炭气凝胶材料的抗氧化性，工艺简单，易于实现。