聚乳酸的合成方法主要有兩種：一步法（直接縮聚法）和兩步法（丙交酯開環聚合法）。具體如下：
直接縮聚法。在脫水劑的存在下，乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水，直接縮聚合成低聚物，隨後加入催化劑並繼續升溫，使低相對分子質量的聚乳酸聚合成更高相對分子量的聚乳酸。這種方法簡單，但產生的聚乳酸分子量分布較寬。
兩步法。首先將乳酸單體縮聚脫水並環化得到丙交酯，然後再將丙交酯開環聚合得到聚乳酸。這種方法可以精確控制聚合反應的分子量，達到10萬以上，且在丙交酯的製備和純化過程中，可以除去乳酸原料內的雜質及少量的消旋乳酸，提高化學純度及光學純度。
此外，還有反應擠出製備高分子量聚乳酸的方法，該方法結合了直接縮聚法和兩步法的優點，可以獲得分子量高達147000的聚乳酸。