本发明涉及一种高强度、高弹性模量、优良延展性的碳纳米管纤维材料及制备方法，其中制备方法包括以下步骤：步骤1：制备碳纳米管薄膜；步骤2：对碳纳米管阵列薄膜进行离子或基团轰击处理，使相邻碳纳米管之间由共价键连接；步骤3：对步骤2得到的由共价键连接的碳纳米管薄膜抽丝加捻纺成丝状，即得到碳纳米管纤维材料。本发明使经离子或基团轰击后在碳纳米管间引入强共价键连接，使得碳纳米管间界面的力学性能显著提升，在承受载荷时不易因碳纳米管间发生滑动而破坏失效；通过加捻可提升碳纳米管纤维的密实度和碳纳米管之间的范德华相互作用。