本发明公开了一种石墨烯水凝胶、石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。所述石墨烯水凝胶包括步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与水溶性醇均匀混合得到氧化石墨烯混合液；其中，氧化石墨烯混合液中水溶性醇的质量含量为2～95％，百分比为所述水溶性醇的质量占氧化石墨烯混合液总质量的百分比；(2)将氧化石墨烯混合液用高能射线照射进行辐照反应即得。本发明的石墨烯气凝胶由上述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥或超临界二氧化碳干燥得到。本发明的制备方法操作简单，绿色环保，反应条件宽松，在无氧和有氧气氛中均可进行；制得的石墨烯气凝胶纯度高，除碳氧元素外无杂质原子，并且为多孔结构，结构较均匀，可用于有机溶剂的吸附，吸油性能较好。