本发明公开了一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料、其制备方法及应用。该复合结构材料包括薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体，其制备工艺包括：取过渡金属粉体或还原的过渡金属粉体与薄层石墨烯混合，再通过化学气相沉积在过渡金属粉体表面生长包覆薄层石墨烯，获得薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体；或者通过化学气相沉积在过渡金属粉体表面生长薄层石墨烯，而后再与薄层石墨烯复合获得目标产物。本发明工艺简单，能增强金属粉体的抗氧化性和防腐蚀性，并使其兼具良好导热、抗静电、电磁屏蔽性能及延长其使用寿命，同时降低成本，在抗静电、热管理、导热散热、电磁屏蔽、催化剂、烧结活化剂、导电浆料、电池、硬质合金等方面具有广阔应用前景。