本发明公开了一种石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法，其中制备方法包括如下步骤：S1.称取钛粉和石墨烯纳米片，超声分散；S2.将混合、分散完毕后的钛粉和石墨烯纳米片进行球磨；S3.将球磨后形成的混合粉末干燥、研磨；S4.将步骤S3中的混合粉末放入石墨模具中，将石墨模具放入放电等离子烧结系统中；S5.对石墨模具内压实的粉体材料进行放电等离子烧结；S6.烧结完毕后，烧结样品炉冷至室温，取出样品。本发明的石墨烯增强钛基复合材料的制备方法提供一种具有轻质、高强韧性的石墨烯增强钛基纳米复合材料，其采用超声分散与球磨技术混粉，然后将混合均匀的粉末利用放电等离子烧结技术制备复合材料，以获得轻质、高比强度的新型复合材料。