Kolesterolbiosyntesevejen er lang og kræver betydelige mængder af reduktions- og ATP-energi, hvilket er grunden til, at den er medtaget her. Kolesterol har vigtige roller i kroppen i membraner. Det som også en forløber for steroidhormoner og galdesyrer, og dets umiddelbare metaboliske forløber, 7-dehydrocholesterol, er en forløber for D-vitamin. Den vej, der fører til kolesterol, er kendt som isoprenoidvejen, og forgreninger af den fører til andre molekyler, herunder andre fedtopløselige vitaminer.

Fra HMG-CoA katalyserer enzymet HMG-CoA reduktase dannelsen af mevalonat. Reaktionen kræver NADPH og resulterer i frigivelse af coenzym A og synes at være et af de vigtigste regulerende trin i syntesevejen. Enzymet reguleres både ved feedback-inhibering (kolesterol hæmmer det) og ved kovalent modifikation (fosforylering hæmmer det). Enzymets syntese reguleres også transkriptionelt. Når kolesterolniveauet falder, øges transkriptionen af genet.

Mevalonat bliver fosforyleret to gange og derefter dekarboxyleret for at give det fem kulstofintermediat, der er kendt som isopentenyl-pyrophosphat (IPP). IPP omdannes let til dimethylallylpyrofosfat (DMAPP). Disse to forbindelser med fem kulstofatomer, også kaldet isoprener, er byggestenene til syntesen af kolesterol og beslægtede forbindelser. Denne vej er kendt som isoprenoidvejen. Den går i retning af kolesterol og starter med sammenbinding af IPP og DMAPP for at danne geranylpyrofosfat. Geranyl-pyrophosphat kombineres med et andet IPP for at danne farnesyl-pyrophosphat, en 15-kulstofforbindelse. To farnesyl-pyrofosfater danner sammen den 30-kulstofforbindelse, der er kendt som squalen. Squalen danner i en kompliceret omlægning, der involverer reduktion og molekylært ilt, et cyklisk mellemprodukt, kendt som lanosterol, der ligner kolesterol. Omdannelse af lanosterol til kolesterol er en langvarig proces, der omfatter 19 trin, som finder sted i det endoplasmatiske retikulum.

Afledt fra kolesterol kan man danne D-vitamin eller steroidhormoner, som omfatter progestagener, androgener, østrogener, mineralokortikoider og glukokortikoider. Forgreningsmolekylet for alle disse er den kolesterolmetabolit (og progestagen), der kaldes pregnenalon. Progestagenerne er forløbere for alle de andre klasser.

Østrogenerne er afledt af androgenerne i en interessant reaktion, der krævede dannelse af en aromatisk ring. Det enzym, der katalyserer denne reaktion, er kendt som en aromatase, og det har medicinsk betydning. Væksten af nogle tumorer stimuleres af østrogener, så aromatasehæmmere ordineres for at forhindre dannelsen af østrogener og bremse tumorvæksten. Det er værd at bemærke, at syntesen af andre fedtopløselige vitaminer og klorofyl også forgrener sig fra isoprenoid-syntesevejen ved geranylpyrofosfat. Sammenføjning af to geranylgeranylpyrofosfater sker i planter og bakterier og fører til syntese af lycopen, som igen er en forløber for betacaroten, den endelige forløber for A-vitamin. Vitamin E og K samt klorofyl syntetiseres også alle fra geranylgeranylpyrofosfat.