本发明公开了一种改性木质素增强型橡胶及其制备方法，所述的改性木质素为由含碳碳双键的化合物、含硫元素的化合物和能封闭羟基的化合物进行复合改性制备得到的。本发明通含有碳碳双键的化合物对木质素进行改性，所含有的双键与橡胶中的烯烃产生键合作用，提高木质素与橡胶的结合力。进一步的，通过含有硫元素的化合物对木质素进行改性，使得木质素含有一定的硫元素，提高木质素与橡胶之间的作用力，提高橡胶的性能，并能降低硫化剂的使用，也进一步提高木质素对炭黑的替代量。此外，本发明通过能够封闭羟基的化合物改性后，木质素的极性能明显降低，从而使木质素与橡胶的极性更为接近，进一步提高橡胶与木质素之间的作用力，提高橡胶的性能。