威廉·門羅（William Monroe）是馬薩諸塞州康科德的一位家具師，他發明了一種用來對製造鉛筆的木材進行精確地切割和開槽的機器。大約在同一時期，美國發明家約瑟夫·狄克遜（Joseph Dixon）發明了一種製作方法，他將雪鬆製成的圓柱體切成兩半，再將石墨芯放入其中一半，最後把兩半粘在一起。鉛筆末端的橡皮擦則可以追溯到1858年，由美國人海曼·李普曼（Hymen Lipman）發明；1872年，這項美國專利被約瑟夫·雷欽多弗（Joseph Rechendorfer）以10萬美元的價格購得。1861年，洛塔爾·馮·費伯（Lothar von Faber）的兄弟約翰·埃伯哈德·費伯（John Eberhard Faber）在紐約市創建了美國第一家鉛筆製造廠。
鉛筆最重要的成分是石墨，大多數人都繼續把它叫“鉛”。至今人們仍在使用孔戴將石墨與黏土結合的工藝方法，有時也添加蠟或其他一些化學物質。今天幾乎所有鉛筆中的石墨都是天然石墨和化學物質的混合物。
鉛筆不是鉛製的，而是由石墨和黏土混合物製造的。鉛和石墨這兩種材料的顏色相近，這就是為什麽早期使用石墨繪圖的人把它稱為鉛的原因。
製作鉛筆的木材必須能夠經受反複的削剪，而且削起來既容易又不易碎裂。大多數鉛筆都是用雪鬆（尤其是加州雪鬆）製作的，多年以來一直使用這種木材。雪鬆有一種怡人的氣味，不會彎曲或變形，且容易買到。
鉛筆橡皮是用套圈固定的，套圈是一種金屬外殼，可以用膠黏合，也可以用金屬叉齒固定在鉛筆的末端。橡皮擦本身由浮石和橡膠組成。
現在大多數商業用途的石墨都是工廠生產的，而不是開采出來的，因而製造商可以很容易地控製石墨的密度。根據鉛筆的種類，將石墨和黏土混合在一起——石墨用得越多，鉛筆就越軟，線條就越黑。把顏料添加到黏土中製作彩色鉛筆，實際上彩色鉛筆沒有石墨。