本发明提供了一种聚酰亚胺泡沫及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。本发明提供了一种聚酰亚胺泡沫的制备方法，包括以下步骤：将含聚酯铵盐齐聚物的胶液与芳香族双马来酰亚胺混匀，除去溶剂后得到发泡前驱体；进行发泡、固化和热处理，得到聚酰亚胺泡沫。该方法中芳香族双马来酰亚胺交联固化反应与聚酰亚胺的酰亚胺化过程同步进行，实现了分子尺度的杂化增强，形成了相互交织的热塑性‑热固性高分子链网络，赋予了泡沫强度和韧性；芳香族双马来酰亚胺使得到的聚酰亚胺泡沫的泡孔较小且均匀，提高了聚酰亚胺泡沫的力学性能，且保持了耐热性；得到的聚酰亚胺泡沫兼顾良好的力学性能和耐热性。