一种制备具有三维宏观多孔结构的石墨烯的方法，其包括如下步骤：a)制备乙二胺四乙酸二钠水溶液；b)制备氧化石墨烯粉末；c)将步骤b)中制备的氧化石墨烯粉末加入到步骤a)中制备的乙二胺四乙酸二钠水溶液中，超声使分散均匀，得到氧化石墨烯-乙二胺四乙酸二钠溶液；d)将步骤c)中得到的氧化石墨烯-乙二胺四乙酸二钠溶液密封后，于90～100℃下进行原位自组装，得到三维石墨烯水凝胶。本发明的优点在于：1.对设备操作要求低、绿色节能便于量产；2.制备成本低，简化了三维石墨烯制备操作；3.三维石墨烯的大小、形状可以通过氧化石墨烯的投料浓度与容器的体积、形状混合调节。