本申请涉及散热材料技术领域，特别涉及一种石墨烯散热膜及其制备方法。方法包括：S1：将膨胀石墨与含有剥离助剂的溶剂混合，剥离处理，得到石墨烯浆料A；S2：将氧化石墨与含有氨水的溶剂混合，剥离处理，得到氧化石墨烯浆料B；S3：将石墨烯浆料A与氧化石墨烯浆料B按1:1～1:6的质量比混合，进行二次剥离，得到混合石墨烯浆料；S4：对混合石墨烯浆料进行脱泡处理，并将脱泡处理后的混合石墨烯浆料涂布在基材上，形成薄膜，在50‑150℃的温度下干燥，剥落后得到石墨烯膜；S5：将石墨烯膜置于惰性气氛环境中进行石墨化处理，得到石墨烯化的石墨烯膜；S6：对石墨烯化的石墨烯膜进行压延处理，得到石墨烯散热膜。本申请能够有效提高材料散热性能和成品率。