本发明公开一种石墨烯膜增强导热复合膜，包含一层或者一层以上的石墨烯膜，所述石墨烯膜具有贯穿该石墨烯膜的上下表面的若干个通孔，所述通孔内填充聚合物。本发明的石墨烯膜增强导热复合膜中石墨烯层保持了结构的连续性，同时和聚合物相互交错在一起，相较于普通石墨/聚合物层压结构或者石墨填料式复合物具有更高的强度和更高的导热率；本发明所制备的石墨烯膜增强导热复合膜应用广泛，可以针对不同应用环境搭载不同的聚合物体系实现除导热需求外的特定需求，例如柔性应用、吸/散热性应用、机械增强应用等。