В настоящее время пенициллины получают при ферментации гриба Penicillium chrysogenum, а иногда и других видов этой плесени.
Биосинтез пенициллина все время повышается в результате селекции наиболее активных штаммов плесени и совершенствования технологического процесса. Для активизации биосинтеза используют органические кислоты, фосфаты и растительные масла.
При культивировании гриба образуется несколько пенициллинов с разными радикалами. Наибольшее значение имеет бензилпенициллин. Для того чтобы получить в большем количестве наиболее активную разновидность пенициллина, в культуральную жидкость добавляют вещества, способствующие построению боковой цепи. Для увеличения выхода бензилпенициллина добавляют фенилуксусную и парафенилуксусную кислоты.
Пенициллин получают биологическим методом при культивировании плесени, но химики продолжают свои поиски как по синтезу препарата, так и по улучшению его свойств. Работа в этих направлениях стала особенно необходимой после того, как появилась пенициллиноустойчивоеть некоторых возбудителей болезней. Нужно было изменить молекулу пенициллина и получить препарат с новыми, более полезными свойствами. В этом отношении достигнуты весьма существенные успехи, особенно после того как был выделен (1957) полупродукт биосинтеза пенициллина 6-аминопенициллиновая кислота (6-АПК). Получены пенициллины более широкого спектра действия (ампициллин), устойчивые к стафилококковой пенициллиназе (метилциллин, оксациллит, диклоксациллин, клосациллин, нафциллин), не разрушающиеся в кислой среде желудка (фенетициллин, феноксиметилпенициллин, пропициллин, бициллин) и др.