一种具有原位双界面结构的石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。将石墨原料进行氧化、还原处理，获得具备一定含氧官能团的石墨烯；在乙醇溶剂中将石墨烯进行超声分散处理，随即加入镁合金粉末充分混合，烘干后获得石墨烯/镁合金复合粉末；将复合粉末热挤压为预制体，投入到镁合金熔体内，经过浇铸及热挤压处理，获得石墨烯增强镁基复合材料。石墨烯表面含氧官能团与基体镁原子在复合过程中原位生成的MgO纳米颗粒，一方面以化学键方式依附于石墨烯表面，一方面与镁基体形成了半共格界面关系，这种双界面结构大大提升了复合材料的界面结合，且晶粒细化效果明显，获得综合力学性能优异的石墨烯增强镁基复合材料。