本发明公开了一种石墨烯-硫复合电极材料及其制备方法和应用，属于电化学电池领域。所述石墨烯-硫复合电极材料是采用均匀分散氧化石墨烯水溶液、硫的有机溶液及混溶溶剂混合搅拌后进行水热反应，形成硫纳米颗粒均匀分布锚定在纤维状石墨烯表面的三维宏观体结构，再通过低温冷冻干燥获得石墨烯-硫复合材料。所述电极材料是硫纳米颗粒均匀锚定在互连纤维状石墨烯表面的微观结构。根据电池设计将石墨烯-硫材料切割成相应厚度压制后可直接作为无金属集流体、无导电剂及粘结剂的锂硫电池正极。