本发明公开了一种多酶级联催化L-氨基酸生成N-甲基-L-氨基酸的方法及其应用。该方法是以天然L-氨基酸为底物,利用L-氨基酸氧化酶、N-甲基氨基酸脱氢酶和NADPH再生酶同步级联催化L-氨基酸反应生成N-甲基-L-氨基酸。本发明方法高效、成本低,底物范围广,可以适应L-苯丙氨酸、L-谷氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-缬氨酸和L-异亮氨酸等,将其转化为相应N-甲基-L-氨基酸,产物转化率高,具有良好的工业应用前景。