一种聚合物改性石墨烯复合材料的制备方法，首先将氧化石墨在超声辐射反应器中利用改性剂制备成改性石墨烯，然后将改性石墨烯分散到聚合物乳液中制备得到稳定的聚合物/改性石墨烯复合乳液；再在上述复合乳液中加入破乳剂得到聚合物/改性石墨烯复合母料；最后将母料、聚合物及各种辅料加入到挤出机中，在一定温度下熔融、挤出得到聚合物/改性石墨烯复合材料。本发明的制备方法获得的复合材料的拉伸强度和拉伸模量等性能均较好，而且本发明制备工艺简单，反应温度较低，易于控制，能耗低；生产过程中不产生废气废液，对环境友好。