本发明公开一种梯度结构钛钽层状复合材料及其制备方法,包括多个依次层叠的重复单元,每个重复单元包括依次设置的钛层和钽层;所述钛层和所述钽层均由轧制态的金属箔片制成,所述钛层和所述钽层在界面处有钛钽固溶体生成;本发明为包括多个依次层叠的重复单元,每个重复单元包括依次设置的钛层,钽层的梯度结构钛/钽层状复合材料,其具有优异的强度和韧性,力学性能好,该医用钛/钽层状复合材料对医用钛钽合金具有重要的实用意义。