本发明公开了一种柔性石墨烯复合薄膜及其制备方法。本发明的制备方法包括：以氧化或还原石墨烯和带有特殊功能基团的有机高分子或小分子作为原料，利用石墨烯的表面功能基团与有机分子基团相互作用形成均匀复合材料，通过旋涂、喷涂等方法在不同基材表面制备石墨烯复合薄膜。本发明利用有机高分子或小分子中的吸电子基团、供电子基团或共轭基团，提高石墨烯电极表面的空穴或电子浓度，控制电极的功函数，改善石墨烯电极的导电性能，扩大器件的应用范围。本发明由于利用基团间的相互作用，其制得的复合薄膜相容性较好，结构均匀，适用于太阳能电池、传感器、有机发光二极管、触摸屏等光电领域。