La vía de biosíntesis del colesterol es larga y requiere cantidades importantes de energía reductora y ATP, por lo que se incluye aquí. El colesterol tiene funciones importantes en el cuerpo en las membranas. También es un precursor de las hormonas esteroides y de los ácidos biliares y su precursor metabólico inmediato, el 7-dehidrocolesterol, es un precursor de la vitamina D. La vía que conduce al colesterol se conoce como la vía de los isoprenoides y sus ramas conducen a otras moléculas, incluidas otras vitaminas liposolubles.

A partir de la HMG-CoA, la enzima HMG-CoA reductasa cataliza la formación de mevalonato. La reacción requiere NADPH y da lugar a la liberación de coenzima A y parece ser uno de los pasos reguladores más importantes en la vía de síntesis. La enzima se regula tanto por inhibición de retroalimentación (el colesterol la inhibe) como por modificación covalente (la fosforilación la inhibe). La síntesis de la enzima también está regulada por la transcripción. Cuando los niveles de colesterol disminuyen, la transcripción del gen aumenta.

El mevalonato se fosforila dos veces y luego se descarboxila para dar lugar al intermediario de cinco carbonos conocido como isopentenil pirofosfato (IPP). El IPP se convierte fácilmente en dimetilpirofosfato (DMAPP). Estos dos compuestos de cinco carbonos, también llamados isoprenos, son los componentes básicos para la síntesis del colesterol y otros compuestos relacionados. Esta vía se conoce como la vía de los isoprenoides. Procede en dirección al colesterol comenzando con la unión de IPP y DMAPP para formar geranil-pirofosfato. El geranil-pirofosfato se combina con otro IPP para formar farnesil-pirofosfato, un compuesto de 15 carbonos. Dos farnesil-pirofosfatos se unen para crear el compuesto de 30 carbonos conocido como escualeno. El escualeno, en un complicado reordenamiento que implica la reducción y el oxígeno molecular, forma un intermedio cíclico conocido como lanosterol que se parece al colesterol. La conversión del lanosterol en colesterol es un largo proceso que implica 19 pasos que ocurren en el retículo endoplásmico.

A partir del colesterol se puede formar la vitamina D o las hormonas esteroides, que incluyen los progestágenos, andrógenos, estrógenos, mineralocorticoides y glucocorticoides. La molécula derivada de todas ellas es el metabolito del colesterol (y progestágeno) conocido como pregnenalona. Los progestágenos son precursores de todas las demás clases.

Los estrógenos se derivan de los andrógenos en una interesante reacción que requiere la formación de un anillo aromático. La enzima que cataliza esta reacción se conoce como aromatasa y tiene importancia médica. El crecimiento de algunos tumores es estimulado por los estrógenos, por lo que se prescriben inhibidores de la aromatasa para evitar la formación de estrógenos y frenar el crecimiento del tumor. Cabe destacar que la síntesis de otras vitaminas liposolubles y de la clorofila también se ramifica a partir de la vía de síntesis de isoprenoides en el geranilpirofosfato. La unión de dos geranilgeranilpirofosfatos se produce en las plantas y en las bacterias y conduce a la síntesis del licopeno, que, a su vez, es un precursor del betacaroteno, el precursor final de la vitamina A. Las vitaminas E y K, así como la clorofila, también se sintetizan a partir del geranilgeranilpirofosfato.

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