本发明公开了一种高性能碳纳米管/氧化石墨烯气凝胶/聚苯乙烯复合材料的制备的方法。该方法首先通过改进的Hummers方法制备氧化石墨烯悬浮液，将制备的氧化石墨烯与碳纳米管混合、冷冻干燥制备出碳纳米管/氧化石墨烯气凝胶；然后通过真空辅助浸渍的方式将含有苯乙烯单体的混合物填充到气凝胶的空隙中，并通过原位聚合反应得到碳纳米管/氧化石墨烯/聚苯乙烯复合材料，最后对所制得的复合材料进行热处理。本发明工艺简单，过程绿色环保，得到的骨架气凝胶具有低密度、高孔隙率等优点，与聚苯乙烯复合以后得到的复合材料比纯聚苯乙烯具有更高的强度和模量。