L-赖氨酸最初是从蛋白质水解物中分离得到的，蛋白质水解法一般以动物血粉为原料，此法特点是工艺简单，但原料来源有限，仅适合小规模生产。后又出现了化学合成法、酶法，使用的合成法主要有荷兰的DMS法和日本的东丽法，此法最大缺点是使用剧毒原料光气，可能残留催化剂，产品安全性差，存在严重的环保问题。1960年，日本首先采用微生物发酵法生产。微生物发酵生产氨基酸是人为地解除氨基酸生物合成的代谢控制机制，使其积累大量所需氨基酸。氨基酸的L型立体专一性决定了发酵法生产氨基酸较化学合成的工艺更简单、快捷。我国于20世纪60年代中期开始进行赖氨酸菌株选育和发酵的研究，但因产量较低难以工业化。直到70年代末80年代初世界赖氨酸实现工业化后我国研究才取得突破。目前，世界生产赖氨酸的企业大多采用发酵法，生产的为L-型赖氨酸，生产工艺已基本成熟。
用于工业上发酵生产赖氨酸的菌株主要是棒状杆菌和短杆菌等细的变异株，棒状杆菌具有极高的经济价值，其中谷氨酸棒状杆菌应用最为广泛。此外，赖氨酸生产还有应用大肠杆菌、黄色短杆菌、酿酒酵母、乳酸发酵短杆菌、假丝酵母等的报道。
生产赖氨酸的微生物主要有四类：野生型、营养突变型、调节突变型和营养调节突变型。工业上通过优化发酵菌种（诱变和基因工程手段）和改变发酵条件（搅拌速度、pH、溶氧、温度和CO2）来提高赖氨酸产量。获得高产微生物菌株的方法主要有传统诱变方法（紫外线、x射线、氮芥和亚硝基酯等）、原生质体融合和基因工程方法等。据报道，经过诱变菌株产生的赖氨酸提高40%-50%。诱变菌株以价格低廉的碳源为发酵原料，如各种淀粉水解糖、蜜糖、醋酸和乙醇等，发酵生产赖氨酸，通过分离、浓缩、蒸发、结晶、干燥生产工艺获得饲料级赖氨酸、再精制可得到食品级、医药级产品。
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