由γ-丁内酯与甲胺反应而得。
反应第一步是γ-丁内酯与甲胺生成4-羟基-N-甲基丁酰胺，第二步是进而脱水生成N-甲基吡咯烷酮。两步反应可按排在管式反应器中连续进行，γ-丁内酯与甲胺的摩尔比为1：1.15，压力约6MPa，温度为250℃。反应完成后，经浓缩、减压蒸馏而得成品。收率90%。
如果采用釜式反就器生产，甲胺用量为理论量的1.5-2.5倍，举实验室制备为例。在500ml压热器中，加入2molγ-丁内酯和4摩尔液体甲胺，密闭加热，于280℃保温4h。冷却后放出过量的甲胺，蒸馏，收集201-202℃馏分，约得产品180g，收率约90%。