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对人工石墨膜进行机械粉碎，得到人工石墨粉体；S2将氧化石墨混合于含有氨水的溶剂中，搅拌均匀后进行初级剥离，得到氧化石墨烯浆料；S3将人工石墨粉体、氧化石墨烯浆料与剥离助剂混合，搅拌均匀后进行二次剥离，得到混合浆料；S4对混合浆料进行脱泡后涂布在基材上，干燥处理后剥落，得到石墨烯膜粗品；S5将石墨烯膜粗品置于惰性气氛中，加热至第一温度，碳化处理一定时间；S6将步骤S5得到的产物置于惰性气氛中，加热至第二温度，石墨化处理后得到石墨烯膜；S7：对石墨烯膜进行层叠压延处理，得到石墨烯散热膜。本申请能够有效提高材料散热性能并降低成本。