本发明公开了一种直接在三维结构基片上全表面共形覆盖石墨烯薄膜的方法，是将洗净、干燥后的三维结构基片置化学气相沉积装置的真空腔体中，排尽腔体内空气，再向腔体中填充保护气体，然后将腔体升温至石墨烯生长温度，通入碳源气体和起载流作用的保护气体，维持气压在石墨烯生长压强，使石墨烯在三维结构基片表面直接生长，待石墨烯生长结束后，停止向腔体中通入碳源气体，将腔体在保护气体和石墨烯生长压强下降温至10?30℃，取出三维结构基片，其全表面即覆盖有连续均匀的石墨烯薄膜。本发明方法操作简便，制作周期短，制作成本低，可以直接在复杂的三维结构基片上全表面覆盖高质量连续均匀的石墨烯薄膜。