Pensil kayu tradisional masih diproduksi dalam proses yang pertama kali diperkenalkan pada tahun 1600-an. Mesin pertukangan kayu modern dan metode otomatisasi jelas telah merampingkan proses manufaktur, tetapi sebagian besar yang dibuat saat ini tidak jauh berbeda dari pendahulunya yang berusia berabad-abad. Pada dasarnya, mereka adalah hasil akhir dari proses sandwiching yang melibatkan grafit dan lempengan kayu cedar.
Langkah pertama dalam membuat pensil adalah persiapan pusat grafit, atau “timah”. Grafit adalah mineral gelap dan lunak yang digiling dan ditambahkan ke tanah liat dan air dalam ruang pencampuran. Setelah airnya diperas, sisa senyawa grafit/tanah liat dibiarkan mengering sampai menjadi bubuk kembali. Bubuk grafit ini dicampur sekali lagi dengan air untuk membentuk pasta yang lembut. Pasta grafit kemudian diekstrusi melalui tabung logam tipis untuk membentuk batang seukuran pensil. Batang ini sangat panas untuk membuat sadapan yang keras dan halus.
Sementara itu, mesin pertukangan memotong balok kayu cedar menjadi bilah yang lebih tipis. Mesin lain memotong delapan alur di sepanjang bilah ini. Pensil tidak diukir dari satu kosong, tetapi sebenarnya dimulai sebagai dua setengah kosong yang direkatkan. Saat kedua bagian diapit dan direkatkan, mesin lain menempatkan batang grafit pada masing-masing dari delapan alur dangkal. Seluruh pelat yang belum dipotong dibiarkan kering sebelum diproses lebih lanjut.
Mesin pemotong khusus menerima sandwich kayu dan grafit yang belum dipotong, kemudian bilah memotong sisi-sisinya untuk membentuk bentuk heksagonal atau bulat yang sudah dikenal. Mesin pemotong juga menjepit lempengan menjadi pensil individu. Mesin amplas menghaluskan permukaan dan mempersiapkannya untuk menerima beberapa lapis cat. Bukan hal yang aneh jika pensil menerima hingga delapan lapis cat untuk menghasilkan permukaan bebas serpihan yang diperlukan untuk penggunaan produk yang aman.
Pensil yang dicat kemudian menerima pengepresan stempel panas yang biasanya berisi nama pabrikan dan nomor yang sesuai dengan kekerasan relatif timah grafit. Kekerasan yang paling umum memiliki penunjukan # 2, tetapi mereka dengan tingkat kekerasan hingga # 4 sering dapat ditemukan di toko hobi atau peralatan kantor. Kekerasan umumnya berarti berapa banyak grafit yang dilepaskan per pukulan. Semakin tinggi angka kekerasan, semakin sedikit grafit yang dilepaskan, yang menghasilkan garis yang lebih ringan.
Pensil kemudian dilengkapi dengan kerah logam yang dikenal sebagai ferrule. Penghapus yang terbuat dari karet lunak secara mekanis dimasukkan ke dalam ferrule dan pensil sekarang dianggap lengkap. Yang cukup menarik, potongan roti sering digunakan sebagai penghapus sampai penghapus karet pertama dikembangkan sekitar tahun 1770. Baru pada tahun 1858 penghapus karet benar-benar dipasang di ujungnya.