A koleszterin bioszintézis útja hosszú, és jelentős mennyiségű reduktív és ATP energiát igényel, ezért szerepel itt. A koleszterinnek fontos szerepe van a szervezetben a membránokban. Emellett a szteroid hormonok és az epesavak előanyaga, közvetlen metabolikus előanyaga, a 7-dehidrokoleszterin pedig a D-vitamin előanyaga. A koleszterinhez vezető útvonalat izoprenoid útvonalnak nevezik, és ennek elágazásai vezetnek más molekulákhoz, köztük más zsírban oldódó vitaminokhoz.

A HMG-CoA-ból a HMG-CoA-reduktáz enzim katalizálja a mevalonát képződését. A reakció NADPH-t igényel, és koenzim A felszabadulását eredményezi, és úgy tűnik, hogy a szintézisút egyik legfontosabb szabályozási lépése. Az enzimet mind a visszacsatolásos gátlás (a koleszterin gátolja), mind a kovalens módosítás (a foszforiláció gátolja) szabályozza. Az enzim szintézise transzkripcionálisan is szabályozott. Amikor a koleszterinszint csökken, a gén transzkripciója növekszik.

A mevalonát kétszer foszforilálódik, majd dekarboxilálódik, és az izopentenil-pyrofoszfát (IPP) néven ismert öt szénatomos intermedier keletkezik. Az IPP könnyen átalakul dimetilalil-pirifoszfáttá (DMAPP). Ez a két öt szénatomos vegyület, más néven izoprén, a koleszterin és a rokon vegyületek szintézisének építőköve. Ezt az útvonalat izoprenoid útvonalként ismerjük. A koleszterin irányába halad, az IPP és a DMAPP összekapcsolódásával kezdődően geranil-pyrofoszfátot képezve. A geranil-pyrofoszfát egy másik IPP-vel egyesülve farnezil-pyrofoszfátot, egy 15 szénatomos vegyületet alkot. Két farnezil-pyrofoszfát egyesül, így jön létre a szkvalén néven ismert 30 szénatomos vegyület. A szkvalén egy bonyolult átrendeződés során, amely redukciót és molekuláris oxigént foglal magában, egy ciklikus köztiterméket, a koleszterinhez hasonló lanoszterint képez. A lanoszterol koleszterinné való átalakulása hosszadalmas folyamat, amely 19 lépést foglal magában, és az endoplazmatikus retikulumban zajlik.

A koleszterinből kiindulva D-vitamin vagy a szteroid hormonok képződhetnek, amelyek közé tartoznak a progesztagének, androgének, ösztrogének, mineralokortikoidok és a glükokortikoidok. Mindezek elágazó molekulája a koleszterin metabolitja (és progesztagénje), a pregnenalon. A progesztagének az összes többi osztály előanyagai.

Az ösztrogének az androgénekből származnak egy érdekes reakcióban, amelyhez egy aromás gyűrű kialakulása szükséges. Az ezt a reakciót katalizáló enzimet aromatáznak nevezik, és orvosi jelentősége van. Egyes daganatok növekedését az ösztrogének serkentik, ezért aromatázgátlókat írnak fel az ösztrogének képződésének megakadályozására és a daganatok növekedésének lassítására. Érdemes megjegyezni, hogy más zsírban oldódó vitaminok és a klorofill szintézise is az izoprenoid-szintézis útvonalából ágazik el a geranylpirifoszfátnál. Két geranylgeranyl-pirofoszfát összekapcsolódása történik a növényekben és a baktériumokban, és a likopin szintéziséhez vezet, amely viszont a béta-karotin, az A-vitamin végső prekurzorának előanyaga. Az E- és K-vitamin, valamint a klorofill szintén geranylgeranyil-pirrofoszfátból szintetizálódik.