本发明公开了一种基于石墨烯的复合填料及其制备方法，属于新材料及其应用技术领域。该复合填料包括具有中空腔体的石墨烯粉体和腔体内填充的功能材料；所填充的功能材料为相变材料、磁性材料、催化材料或活性物质等。本发明以过渡族金属盐作为模板，利用化学气相沉积工艺，在适宜的温度和气氛条件下，在金属盐（已被还原为金属）表面催化生长石墨烯。所得的石墨烯粉体用酸去除基底后，形成具有中空腔体的石墨烯粉体，填充功能材料后获得复合填料。本发明所制备的石墨烯具有很高的结晶质量，导热、导电性能优异，填充功能材料后可作为填料在诸多领域获得应用。