本发明公开了一种三峰晶粒结构金属基复合材料的元素合金化制备方法：将纳米增强相分为三部分，其中两部分与已分为两部分的单质元素粉末分别混合均匀，通过球磨，得到超细晶复合粉末与细晶复合粉末；剩余纳米增强相与金属粉末混合后与两种复合粉末按比例混合，再进行致密化和烧结处理，得到复合锭坯；对复合锭坯进行热变形加工和热处理，得到基体组织晶粒结构为三峰尺寸分布的纳米增强金属基复合材料。该复合材料与晶粒结构是单峰分布或双峰尺寸分布的材料相比，能够更有效的缓解应力‑应变集中，同步提升材料的强塑性；同时，该方法无需使用合金粉末，采用金属元素粉末通过烧结致密化过程实现合金化，可任意设计调控基体的合金成分。