Il procedimento di produzione dello zucchero varia a seconda che si tratti di produzione dalla canna da zucchero o dalla bieta.
Questa consiste nell'estrazione del saccarosio dalla canna spogliata delle foglie ed è tradizionalmente costituita da due fasi. L'estrazione dello zucchero grezzo mediante macinazione della canna e lo sbiancamento dell'estratto per ottenere zucchero raffinato, con un contenuto in saccarosio del 99%. Le raffinerie sono situate in genere vicino ai luoghi di consumo del prodotto finito in Europa, Nordamerica e Giappone. Le due fasi stanno lentamente combinandosi: l'incremento domanda di zucchero fa sì che le due fasi vengano eseguite nei medesimi stabilimenti. Le operazioni di trattamento della canna da zucchero possono provocare esplosioni di polveri, che necessitano l'uso di utensili anti-scintilla in molti stabilimenti di macinazione.
La canna da zucchero, già privata delle foglie al momento del raccolto, viene sottoposta a lavaggi multipli per eliminare le scorie ed i parassiti. Quindi le canne vengono tagliate e sottoposte all'azione di coltelli rotanti per essere sminuzzate. Dopo queste operazioni i ritagli di canna vengono ripetutamente sottoposti a fasi alterne di macerazione in acqua e torchiatura meccanica da rulli, fino all'estrazione di un succo (melassa) contenente circa il 10 - 15% di saccarosio. I residui solidi, chiamati bagasse, vengono utilizzati in gran parte come combustibile per generare vapore (spesso utilizzato nello stesso stabilimento per la raffinazione) e in parte come materia prima per la produzione di carta. Il succo così ricavato è pronto per la fase di raffinazione.
La raffinazione purifica ulteriormente lo zucchero greggio. Esso viene dapprima miscelato con sciroppo grezzo e quindi centrifugato in un procedimento detto di "affinamento". Il suo scopo è quello di asportare la pellicola che ricopre esternamente i cristalli di saccarosio, che è meno pura della parte interna. Ciò che rimane dopo questo "lavaggio" viene sciolto facendone uno sciroppo contenente circa il 60% di saccarosio. La soluzione viene chiarificata con aggiunta di acido fosforico e con idrossido di calcio che precipitano sotto forma di fosfato di calcio. Le particelle di fosfato di calcio "intrappolano" alcune impurità e ne assorbono altre e quindi risalgono in superficie ove possono venir scremate via. Un procedimento alternativo è quello della "carbonatazione", cioè l'utilizzo di anidride carbonica, al posto dell'acido fosforico, e idrossido di calcio, che producono un precipitato di carbonato di calcio.
Come nel processo di macinazione, i cristalli di saccarosio vengono separati dalla melassa per centrifugazione. Altro zucchero viene recuperato dalla melassa mescolando lo sciroppo rimasto con i residui di lavaggio di affinamento e quindi cristallizzando il risultato che sarà lo zucchero marrone (brown sugar).
Impianto di lavorazione della canna da zucchero a Santa Elisa nel Sertãozinho, uno dei più grandi e più vecchi del Brasile
Quando ulteriori procedimenti di raffinazione sulla parte residua dei vari processi non sarebbero più economicamente convenienti, la melassa finale contiene ancora tra il 20 ed il 30% di saccarosio e tra il 15 e il 25% di glucosio e fruttosio.
Per produrre lo zucchero granulare che non si compatti in zolle, esso deve dapprima essere trattato a caldo in essiccatoi rotanti e successivamente raffreddato con correnti di aria fredda per più giorni.
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