本发明公开了一种氟掺杂氧化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料的制备方法。将氧化石墨加入到氢氟酸溶液中，制备氟掺杂氧化石墨烯；将其和环氧树脂分别分散到有机溶剂中，分散好后把两者混合，通过超声及搅拌即得改性环氧树脂；在改性环氧树脂中加入固化剂、促进剂，通过缠绕成型得到碳纤维单向板，固化、脱模后即得改性环氧树脂基碳纤维复合材料。本发明氟掺杂氧化石墨烯改性环氧树脂具有良好的韧性和力学性能，解决了环氧树脂固化后，质地脆硬、抗冲击性能较差以及复合材料力学性能较低的问题，制备得到的碳纤维复合材料具有良好的力学性能和耐低温老化性能；该法制备工艺简单，成本低廉，无污染，便于工业生产。