本发明公开了一种高导热三维氧化石墨烯复合功能粒子改性天然橡胶及其制备方法，属于功能天然橡胶复合材料领域。该复合材料包括天然橡胶、橡胶助剂和三维氧化石墨烯高导热复合填料。其中三维氧化石墨烯高导热复合填料通过多巴胺在导热球形无机填料表面自聚合形成聚多巴胺功能层，再将其与氧化石墨烯水分散液共混，通过聚多巴胺和氧化石墨烯的官能团之间的氢键与静电相互作用，在包裹有聚多巴胺的导热球形填料表面包覆致密氧化石墨烯层，得到三维高导热氧化石墨烯复合填料，使二维氧化石墨烯转变为三维功能填料，从而提升其与基体的接触面积，减少橡胶复合材料的缺陷，有效提高天然橡胶复合材料的导热性能，并使材料保持良好的力学性能。本发明制备工艺简单，容易实施和产业化生产。