Cesta biosyntézy cholesterolu je dlouhá a vyžaduje značné množství redukční a ATP energie, proto je zde zařazena. Cholesterol má v těle důležitou úlohu v membránách. Je také prekurzorem steroidních hormonů a žlučových kyselin a jeho bezprostřední metabolický prekurzor, 7-dehydrocholesterol, je prekurzorem vitaminu D. Dráha vedoucí k cholesterolu je známá jako izoprenoidní dráha a její větve vedou k dalším molekulám včetně dalších vitaminů rozpustných v tucích.

Z HMG-CoA katalyzuje enzym HMG-CoA reduktáza tvorbu mevalonátu. Reakce vyžaduje NADPH a vede k uvolnění koenzymu A a zdá se, že je jedním z nejdůležitějších regulačních kroků na cestě syntézy. Enzym je regulován jak zpětnovazebnou inhibicí (inhibuje ho cholesterol), tak kovalentní modifikací (inhibuje ho fosforylace). Syntéza enzymu je rovněž regulována transkripčně. Když hladina cholesterolu klesá, transkripce genu se zvyšuje.

Mevalonát se dvakrát fosforyluje a poté dekarboxyluje za vzniku pětiuhlíkatého meziproduktu známého jako isopentenyl-pyrofosfát (IPP). IPP se snadno přeměňuje na dimethylallylpyrofosfát (DMAPP). Tyto dvě pětiuhlíkaté sloučeniny, nazývané také isopreny, jsou stavebními kameny pro syntézu cholesterolu a příbuzných sloučenin. Tato dráha je známá jako izoprenoidní dráha. Postupuje směrem k cholesterolu a začíná spojením IPP a DMAPP za vzniku geranyl-pyrofosfátu. Geranyl-pyrofosfát se spojí s dalším IPP a vznikne farnesyl-pyrofosfát, sloučenina s 15 uhlíky. Dva farnesyl-pyrofosfáty se spojí a vytvoří 30uhlíkatou sloučeninu známou jako skvalen. Skvalen složitým přeskupením za účasti redukce a molekulárního kyslíku vytváří cyklický meziprodukt známý jako lanosterol, který se podobá cholesterolu. Přeměna lanosterolu na cholesterol je zdlouhavý proces zahrnující 19 kroků, které probíhají v endoplazmatickém retikulu.

Z cholesterolu může vzniknout vitamin D nebo steroidní hormony, mezi které patří progestageny, androgeny, estrogeny, mineralokortikoidy a glukokortikoidy. Větvící molekulou pro všechny tyto látky je metabolit cholesterolu (a progestagen) známý jako pregnenalon. Progestageny jsou prekurzory všech ostatních tříd.

Estrogeny jsou odvozeny od androgenů zajímavou reakcí, která vyžadovala vznik aromatického kruhu. Enzym katalyzující tuto reakci se nazývá aromatáza a má medicínský význam. Růst některých nádorů je stimulován estrogeny, proto se předepisují inhibitory aromatázy, které zabraňují tvorbě estrogenů a zpomalují růst nádorů. Za zmínku stojí, že syntéza dalších vitaminů rozpustných v tucích a chlorofylu se také odvíjí od dráhy syntézy isoprenoidů na geranylpyrofosfátu. Spojení dvou geranylgeranylpyrofosfátů probíhá u rostlin a bakterií a vede k syntéze lykopenu, který je zase prekurzorem beta-karotenu, konečného prekurzoru vitaminu A. Z geranylgeranylpyrofosfátu se syntetizují také vitaminy E a K a chlorofyl.

.