本发明涉及一种石墨烯纤维导热垫片及其制备方法和应用。所述石墨烯纤维导热垫片的制备方法包括如下步骤：获取第一石墨烯纤维和第二石墨烯纤维；采用偶联剂对所述第一石墨烯纤维和第二石墨烯纤维进行改性处理，干燥，制备第一改性石墨烯纤维和第二改性石墨烯纤维；将所述第一改性石墨烯纤维进行短切处理，制备短切石墨烯纤维；将所述短切石墨烯纤维与基体树脂、固化剂混合，制备混合物料；将所述第二改性石墨烯纤维整理成束后置于模具中，再于所述模具中注入所述混合物料，然后进行固化处理，制备导热树脂；对所述导热树脂进行切片处理，制备所述石墨烯纤维导热垫片。所述制备方法制备得到的石墨烯纤维导热垫片导热系数高。