그래핀 기반 나노복합소재의 합성 방법 및 상기 방법을 이용하여 합성된 그래핀 기반 나노복합소재가 제공된다. 본 발명에 따른 금속 산화물을 포함하는 그래핀 기반 나노복합소재의 제조방법으로서, 상기 방법은: 그래핀 산화물이 분산된 용액을 제공하는 단계; 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에 금속 산화물 형성용 원료 물질을 첨가하는 단계; 및 상기 그래핀 산화물과 상기 금속 산화물 형성용 원료 물질의 산화 환원반응을 이용하여 환원된 그래핀 표면의 적어도 일면에 상기 금속 산화물이 형성된 나노복합소재를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 금속 산화물의 환원 전위는 1.0V 이하인 것을 특징으로 한다.