本发明公开了一种从发酵液中高效分离提取L-缬氨酸的方法,将L-缬氨酸发酵液依次进行微滤、超滤、浓缩、结晶,制得L-缬氨酸第一粗品和粗品母液,将粗品母液进行离子交换处理,进一步回收粗品母液中的L-缬氨酸,经浓缩、结晶,制得L-缬氨酸第二粗品。本发明提取方法总收率高、制得的L-缬氨酸纯度高,在提取过程中分离的菌体蛋白可用作饲料添加剂,离子交换处理的洗脱液还可用作化肥,不仅可以实现含铵废水的零排放,有利于环境保护,此外还可以降低生产成本,提高经济效益。