聚甘油脂肪酸酯的合成分二步进行。第一步，经甘油缩合或甘油酯与甘油加成反应制备聚甘油。第二步，聚甘油混合物通过与脂肪酸进行直接酯化反应，或与甘油三酯进行酯交换反应，即可得到相应的聚甘油酯。
制备方法以碱作催化剂，反应方程式如下:
nHOCH2CHOHCH2OH--〉HO-(-CH2CHOHCH2O-)-H+(n-1)H2O
在氮气或二氧化碳等惰性气体保护下，原料甘油中加入O.O1% ~5%(质量比)催化剂，升温至200~300℃ 下反应2~2O h。所用催化剂一般为碱性物质，其催化效果大致有如下顺序:碳酸钾>碳酸锂>碳酸钠>氢氧化钾>氢氧化钠>甲醇钠>氢氧化钙>氢氧化锂>碳酸镁>氧化镁。食品级聚甘油必须精制，可用活性炭、酸性白土或离子交换树脂脱色，然后再用离子交换树脂进一步脱色，除去催化剂。
酯化工艺条件是在搅拌条件下，使聚甘油与脂肪酸充分混合，在200~240℃ 反应l~2 h可用酸价接近零来判断反应终点，可在常用的酯化反应釜内完成，其酯化反应与常规酯化机理相同.
所用脂肪酸可以是硬脂酸、棕榈酸、油酸、月桂酸等高级脂肪酸，也可以是低级脂肪酸。聚甘油酯聚合度越高，脂肪酸的链越短，酯化度越低，聚甘油酯亲水性越强。可设计不同的甘油聚合度，有意识地控制聚甘油酯分子中亲水性羟基和亲油性脂肪酸残基之比，就可得到不同HLB值产品。
将一定比例的甘油、丙酮、带水剂和催化剂加入带有温度计、分水器及回流冷凝管的250 mL三口烧瓶中，开启磁力搅拌，加热升温至回流，带水剂从反应体系中带出反应生成的水。分水器中水量基本不变，反应温度也不再上升时，停止反应。降温后加入一定量的硬脂酸(ST)和催化剂，升温至沸腾，带水剂继续带出系统中生成的水。分水器中水量基本恒定后，结束酯化过程。减压蒸出带水剂及反应物丙酮，使产品冷凝成固体。
