生物柴油的生产过程可以采用酸性催化剂或碱性催化剂，其中后者应用更为广泛，原因是碱性催化剂反应速度比较快，而且不会腐蚀设备。目前国外应用比较多的催化剂是均相碱性催化剂，如氢氧化钠、氢氧化钾和甲醇钠，其中又以甲醇钠应用最广泛，所占份额约为60%。 生物柴油生产工艺路线分间歇法和连续法，小型装置通常采用间歇法，大型采用连续法。连续法与间歇法相比，具有设备占地面积和体积小，能源和原材料消耗相对较低、产品稳定性提高、过程中所需库存减小等优点，因此现在的技术发展趋势是连续化和大型化。此外，超临界、生物酶催化等技术均可用于生物柴油生产，但目前尚未实现工业化。目前比较成熟的生物柴油生产工艺有鲁奇公司的两级连续醇解工艺、斯科特公司的连续脱甘油醇解 工艺、汉高公司的碱催化连续高压醇解工艺、美国生物柴油工业公司的模块化生产装置等。
法国石油研究院开发出Esterfip-H工艺生产生物柴油。Esterfip-H工艺用尖晶石结构的固体碱做催化剂，采用多相催化反应来制备生物柴油。与以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂的液相反应相比，新工艺中不使用酸碱中和步骤和洗涤步骤，废水和废渣排放较少。同时，副产品甘油纯度很高，超过98 %，而均相催化反应得到的甘油纯度仅为80%左右。在该工艺中，交换温度比均相反应高，最后得到生物柴油的纯度超过99 %，油酯转化率接近100%，法国Diester Lndustrie公司正利用这项技术建设一套16万吨/年的生产装置。
加拿大多伦多大学开发出BIOX工艺。该工艺大大加快了反应速率，包含酸催化和碱催化两个过程，且原料适应性好，可以采用废弃动植物油和地沟油等。目前，加拿大 BIOX公司已将该工艺推向工业化，投资2400万美元，于2005年投产一座5.2万吨/年的生物柴油工厂。最近，日本Yonemoto科研组开发出的生物柴油生产工艺，可以避免使用碱性催化剂产生的难分离和废水处理问题。新工艺中，豆植物油脂与甲醇或乙醇混合，进入充填有阳离子交换树脂的流化床反应器，阳离子交换树脂作为使游离脂肪酸脂化的催化剂。产品用泵送至填充有阴离子交换树脂的第二流化床反应器，阴离子交换树脂使三甘油脂反酯化催化，酯交换在两台反应器中的一台进行，另一台反应器作为催化剂再生容器。被甘油污染的催化剂先用有机酸溶液、再用碱溶液清洗再生。目前，研究人员正在改进工艺过程和离子交换树脂的使用寿命，不久后该工艺有望工业化。
我国生物柴油产业刚刚起步，从技术工艺和装备来看，传统工艺的生产方法曾有过小试和中试，产量小、能耗高、产品转化率低，资源和能源浪费严重。有报道国内一些企业进 行这方面工作，但未达到规模生产。我国主要采用化学方法生产生物柴油，用植物油与甲醇或乙醇在酸或碱性催化剂在内温常压下进行醋化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯生物柴油。用此工艺生产的生物柴油相比，生物柴油的转换率低且成本高，因此我国极少实现生物柴油规模生产。国内的一些院校曾对生物酶法转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺进行研究，利用生物酶法合成生物柴油虽只有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题，反应物甲醇容易导致酶失活、副产物甘油影响酶反应活性及稳定性、酶的使用寿命过短等，这些问题是生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。福建龙岩卓越公司开发出以废动植物油为原料生产生物柴油工艺，清华大学开发出以蓖麻油、菜籽油、大豆油、鱼油等动植物油脂为原料生产生物柴油工艺，四川古杉公司利用植物油精练过程中产生的下脚料和废弃食用油为原料生产生物柴油，农科院油料作物研究所开发出以高酸值动植物油脂为原料生产生物柴油的生产工艺，北京化工大学开发出以大豆油、蓖麻油、菜籽油、棕榈油、花生油、葵花籽油以及废弃食用油为原料生产生物柴油的工艺。
