本发明提供了一种金属离子交联的高强度稳定氧化石墨烯膜及其制备方法，该氧化石墨烯膜由氧化石墨烯纳米片层层堆叠形成，氧化石墨烯纳米片上的含氧官能团与金属离子与络合形成了规整的层间通道，该氧化石墨烯膜中金属元素的原子百分比为0.48％～1.19％，拉伸断裂应力为108～136MPa。其制备方法如下：将金属箔片平铺在容器中，将水浸润后的基材膜平铺在置于金属箔片上，然后将氧化石墨烯分散液倒入容器中，静置沉积，洗涤，干燥并从基材膜上剥离即得。本发明的方法增加了膜中金属离子的含量和分布的均匀性，使氧化石墨烯膜的稳定性和机械性能得到了同时提升，有效降低了氧化石墨烯膜的生产成本，可实现大面积氧化石墨烯膜的低成本制备。