本发明涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池。该复合固态电解质膜，包括在厚度方向上复合的多层电解质层，所述电解质层含有无机固态电解质和聚合物电解质，在复合固态电解质膜的正极侧向负极侧方向上，各电解质层中，无机固态电解质的含量梯度减小，聚合物电解质的含量梯度增加。本发明提供的复合固态电解质膜，正极侧无机固态电解质的含量高，能够耐受更高的电压，提高锂离子电导，负极侧聚合物电解质的含量高，能够更好的抑制锂枝晶和缓解负极体积膨胀，电解质膜的差异化设计充分利用了正极、负极特点，在保证高离子电导的同时，实现了耐高压、抑制锂枝晶与负极体积膨胀的兼顾。