由γ-丁內酯與甲胺反應而得。
反應第一步是γ-丁內酯與甲胺生成4-羥基-N-甲基丁酰胺，第二步是進而脫水生成N-甲基吡咯烷酮。兩步反應可按排在管式反應器中連續進行，γ-丁內酯與甲胺的摩爾比為1：1.15，壓力約6MPa，溫度為250℃。反應完成后，經濃縮、減壓蒸餾而得成品。收率90%。
如果采用釜式反就器生產，甲胺用量為理論量的1.5-2.5倍，舉實驗室制備為例。在500ml壓熱器中，加入2molγ-丁內酯和4摩爾液體甲胺，密閉加熱，于280℃保溫4h。冷卻后放出過量的甲胺，蒸餾，收集201-202℃餾分，約得產品180g，收率約90%。