本发明公开了一种三维非催化性基底负载石墨烯薄膜结构，所述结构包括非催化性基片机体，机体表面上刻蚀的三维结构，以及覆盖在整个表面的石墨烯薄膜。本发明也公开了所述三维非催化性基底负载石墨烯薄膜结构在低温环境下的制备方法。本方法操作简便，制作周期短，制作成本低，可以直接在不同材料，与具有不同表面三维结构的非催化性基片上全表面共形覆盖高质量的连续均匀的石墨烯薄膜。三维非催化性基底负载石墨烯薄膜可以作为表面的透明电极在光电器件、微机电系统(MEMS)等器件上加以应用，也可用于开发新型纳米器件。