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高温合金的制造工艺是一个复杂且技术要求极高的过程。对于不含或少含铝、钛的高温合金，通常采用电弧炉或非真空感应炉进行冶炼。而含铝、钛含量较高的合金在大气中熔炼时，元素烧损和气体、夹杂物的控制变得更加困难，因此需要采用真空冶炼来保障产品质量。
为了进一步降低夹杂物的含量，改善夹杂物的分布状态及铸锭的结晶组织，推荐使用冶炼与二次重熔相结合的双联工艺。冶炼主要手段包括电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉，而重熔则主要采用真空自耗炉与电渣炉。
在高温合金的加工中，固溶强化型合金和低铝、低钛合金凝固锭通常可以通过锻造开坯来实现；而铝、钛含量较高的合金则需采用挤压或轧制开坯，后续热轧成材，部分产品还需要进一步冷轧或冷拔处理。对于直径较大的合金锭或饼材，通常需要利用水压机或快锻液压机进行锻造。
对于合金化程度较高且不易变形的合金，应广泛采用精密铸造成型，如铸造涡轮叶片和导向叶片。近年来，针对铸造合金的垂直于应力轴的晶界及疏松问题，发展了定向结晶工艺。该工艺通过在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长，最终获得无横向晶界的平行柱状晶。
实现定向结晶的关键是要在液相线和固相线之间保持足够的轴向温度梯度以及良好的轴向散热条件。此外，为了消除所有晶界，需要研究单晶叶片的制造工艺。
粉末冶金工艺在制造沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金方面起到重要作用。通过此工艺，可以使一般无法变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。
高温合金的综合性能与其组织结构密切相关，而组织又是通过金属热处理来控制的。大多数高温合金需要经过热处理，沉淀强化型合金一般会经过固溶处理与时效处理。固溶强化型合金则通常仅需经过固溶处理，某些合金在时效前可能还需进行一到两次中间处理。
固溶处理的目的是将第二相溶入合金基体，以保证在时效处理时强化相均匀析出，同时获得适宜的晶粒度，以保障高温蠕变和持久性能。固溶处理的温度一般在1040至1220℃之间，应用广泛的合金在时效处理前多经过1050至1100℃的中间处理，以改善晶界状态并搭配合理的γ相。
时效处理旨在使过饱和固溶体均匀析出γ相或碳化物，从而提高合金的高温强度，时效处理温度一般为700至1000℃。
