本发明公开了一种仿贝壳状稠密结构的高阻隔聚酰亚胺复合薄膜、制备方法及应用，属于柔性电子器件薄膜封装领域。所述制备方法为在聚酰亚胺基材中填充高质量分数层状纳米材料，制得气体阻隔性良好的聚酰亚胺复合材料，将一种或多种二胺单体与一种或多种二酐单体进行缩聚或共聚，后与有机碱反应制得聚酰胺酸盐溶液，将其添加至所需质量浓度的分散均匀的纳米层状材料中，得到复合材料胶液涂覆于经碱处理表面的聚酰亚胺衬底薄膜上，经热酰亚胺化处理得到阻隔性能良好的薄膜材料。制备方法为溶液态过程，不涉及真空工艺；添加的纳米片层材料来源广泛，价格低廉，适合大规模工业制造。制备的聚酰亚胺复合薄膜对水蒸气等气体有良好的阻隔性能。