El mezcal se fabrica con la penca del agave. Cuando la planta llega a su madurez (de 6 a 8 años) se cosecha y se cortan las hojas, dejando solamente el corazón, la piña (se le llama así porque su forma es muy similar a una piña) la cual es cocida y después molida. No todas las especies de maguey son aceptables: la NOM estipula que deben usarse en exclusiva el Agave angustifolia (maguey espadín), Agave esperrima (maguey de cerro, bruto o cenizo), Agave weberi (maguey de mezcal), Agave potatorum (maguey de mezcal) y el Agave salmiana. La NOM 70 reconoce más de 20 variedades de agave para producir el mezcal. Cada variedad tiene un sabor diferente.

La NOM-070-SCFI-1994[1] no reconoce a los pequeños productores y aunque existen más de 50 especies diferentes de agaves para hacer mezcal, solo reconoce muy pocos, según los pequeños productores debido a los intereses de los grandes industriales, pues argumentan que la norma oficial y el COMERCAM, sólo benefician a las grandes industrias.

Tradicionalmente las pencas son cocidas al horno en los palenques: pozos cónicos con un diámetro aproximado de 2,5 a 3,5 m (8-12 p) cavados en la tierra. Los pozos son alineados con piedras calientes, luego con hojas de agave, petate y tierra. Se deja la piña cocinando en el pozo durante tres días. Esto les permite absorber los sabores de la tierra, la madera y el humo.

Después del proceso de cocinado, se colocan en un aro de piedra o de concreto de unos 3 m (12 p) de diámetro, donde una gran rueda de piedra unida a un poste en su centro comienza a rodar, moliendo las piñas. Los fabricantes modernos normalmente cocinan las piñas en enormes hornos de acero inoxidable y luego las muelen con trituradoras mecánicas.

La masa es entonces colocada en tinas de madera de 1000 a 2000 litros (300-500 galones) y se agrega la mayor parte de agua a la mezcla. En algunas ocasiones se le agrega un porcentaje de otros azucares (permitido hasta un 80 % agave y 20% otros azucares)a la masa (bagazo) y se cubre con el propio agave triturado y se deja fermentar naturalmente con sus propias levaduras y microorganismos de tres a quince días.

Una vez la etapa de fermentación terminada, la masa (bagazo) se destila destilar. La primer destilación produce un alcohol de hasta 20 a 25º, bajando paulatinamente la graduación en el transcurso de la destilación.

Para elaborar un producto de mejor calidad se redestila todo el producto, con el fin de estandarizar la graduación mezclando con agua para llegar a una graduación de 40º,que es como es embotellado regularmente por todos los comercializadores.O también para su reposo o añejamiento.

Tradicionalmente el mezcal no debe ser rebajado con agua, eso se llama adulteracion de bebidas, ya que los mezcales tradicionales tienen una graduación arriba de 45º, la estandarización solo beneficia a la industrialización de la bebida, matando así la tradición.

El mezcal se añeja rápidamente en comparación con otros fermentados. Se almacena en grandes barriles de madera por periodos de 2 meses a 7 años. Durante este tiempo el mezcal adquiere un color dorado, y su sabor está influido por los barriles de madera. Entre más tiempo se deja añejar, adquiere un color más oscuro y se nota la diferencia en su sabor.

Clasificaciones por añejamiento
Añejo: almacenado por lo menos un año, en barriles no mayores a 200 litros
Reposado: almacenado de dos meses a un año
Blanco: mezcal sin color, almacenado por menos de dos meses.

El reposado del mezcal en barricas de madera pierde los sabores más finos por lo que no es recomendable. Tradicionalmente el mezcal se reposa en vidrio para conservar sus características organolépticas.