本发明属于建材材料技术领域，特别涉及一种原位协同改性增强水泥基复合材料及其应用。本发明提供的原位协同改性增强水泥基复合材料，包括胶凝材料、聚合物单体、引发剂、交联剂和晶须；所述聚合物单体的官能团包括碳碳双键和羧基；所述晶须包括有机晶须和/或无机非金属晶须。聚合物单体原位聚合对晶须的表面改性及吸附结合，改善晶须在基体中的分散性及结合性，充分发挥晶须对水泥基体的致密、增强作用；晶须与聚合物单体原位聚合形成的聚合物网络穿插结合，将晶须的刚性、尺寸稳定性与聚合物单体高分子材料的韧性相结合，进一步提升了原位聚合对水泥基材料抗折强度的增强作用，降低了原位聚合对水泥基复合材料抗压强度的不利影响。