本发明涉及一种具有高疲劳强度的CF/PEEK复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将CF表面原有的上浆剂高温分解；(2)在饱和水蒸气环境中，对CF同时进行微波辐射和紫外光辐照，产物记为ACF；(3)将ACF浸入聚醚酰亚胺/二氯甲烷/碳纳米管悬浮液，取出后干燥，得到上浆改性碳纤维MCF；(4)将MCF与PEEK材料叠层热压；即得具有高疲劳强度的CF/PEEK复合材料；最终制得的CF/PEEK复合材料的弯曲强度为700‑800MPa，107次循环弯曲疲劳强度为360‑440MPa，弯曲模量为55‑62GPa，层间剪切强度为87‑100MPa，冲击后的剩余压缩强度为220‑260MPa。本发明的方法特点为高效、环保、可实现规模化生产，制得的复合材料可替代金属用于航空航天、医疗、机械、汽车和轨道交通、石油运输等领域。