本发明公开了一种高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。该方法是通过降低固体电解质的厚度，使用高含量催化剂降低催化剂层厚度，以及在阴极催化层及／或气体扩散层中引入纳米碳管或碳纤维改进催化剂层及扩散层的传质，使得膜电极的功率密度得到了大幅度的提高。本发明制备方法步骤简单、实用易行、成本低廉；可在提高膜电极性能的同时减小膜电极的厚度，有利于高功率密度燃料电池、电堆及系统的制备。