天然ガス、石炭、オイル・シェールなど石油や石油製品以外のものから製造したガソリンをいう。
ガソリン留分以外の石油留分からアルキレーションや重合により合成されるガソリンは、一般に合成ガソリンとはいわない。合成プロセスには、いったん合成原油を製造し、これから合成ガソリンを分留するものと、直接ガソリンを合成するものがあるが、いずれも製造コストが高いため商業的に稼働しているものは極めて少ない。稼働中のプロセス例としては以下のようなものがある。


(1) 天然ガスを原料とするメタノール経由の合成プロセス例：Mobil 社が開発したプロセスで、MTG（methanol-to-gasoline）法といわれており、天然ガスとスチームからメタノールを製造し、ゼオライト触媒を用い、nCH₃OH →（CH₂）n＋nH₂O の反応によりガソリンを合成する。このプロセスの特徴は、製品中に占めるガソリンの割合が極めて高い（約80％以上）ことである。また、このガソリンは芳香族を多く含むためオクタン価が高く、そのまま自動車用ガソリンとして用いることが可能であるといわれている。


(2) 石炭を原料とするフィッシャー・トロプシュ合成プロセス（FT法）例：石炭をガス化炉でスチームと酸素を吹き込み高温ガス化する。ガス化炉で、 2C＋O₂ → 2CO、C+H₂O → CO+H₂、C＋O₂→CO₂ などの反応により生成した CO と H₂ を主成分とするガスを鉄―コバルト系触媒を用いて、nCO＋2nH₂ → C_nH_2n＋nH₂O などのフィッシャー・トロプシュ反応により直鎖のパラフィン、オレフィン系炭化水素を合成する。
このプロセスで生成する油は沸点範囲が広く、製品はガソリンばかりではなく LPG から重油にわたっている。生成したガソリンは水素化処理が必要であり、オクタン価も低い。