Scieżka biosyntezy cholesterolu jest długa i wymaga znacznych ilości energii redukcyjnej i ATP, dlatego jest tu uwzględniona. Cholesterol ma ważne role w organizmie w membranach. Jest również prekursorem hormonów steroidowych i kwasów żółciowych, a jego bezpośredni prekursor metaboliczny, 7-dehydrocholesterol, jest prekursorem witaminy D. Szlak prowadzący do cholesterolu jest znany jako szlak izoprenoidowy, a jego odgałęzienia prowadzą do innych cząsteczek, w tym innych witamin rozpuszczalnych w tłuszczach.

Z HMG-CoA enzym reduktaza HMG-CoA katalizuje powstanie mewalonianu. Reakcja ta wymaga NADPH i prowadzi do uwolnienia koenzymu A i wydaje się być jednym z najważniejszych etapów regulacyjnych w szlaku syntezy. Enzym jest regulowany zarówno przez inhibicję zwrotną (hamuje go cholesterol), jak i przez modyfikację kowalencyjną (hamuje go fosforylacja). Synteza enzymu jest również regulowana transkrypcyjnie. Kiedy poziom cholesterolu spada, transkrypcja genu wzrasta.

Mewalonian ulega fosforylacji dwukrotnie, a następnie dekarboksylacji w celu uzyskania pięciowęglowej substancji pośredniej znanej jako pirofosforan izopentenylu (IPP). IPP jest łatwo przekształcany do dimetyloallilopirofosforanu (DMAPP). Te dwa pięciowęglowe związki, zwane również izoprenami, są budulcem do syntezy cholesterolu i związków pokrewnych. Szlak ten znany jest jako szlak izoprenoidowy. Przebiega on w kierunku cholesterolu, rozpoczynając się od połączenia IPP i DMAPP w celu utworzenia pirofosforanu geranylu. Pirofosforan geranylu łączy się z innym IPP, tworząc pirofosforan farnezylu, związek 15-węglowy. Dwa pirofosforany farnezylu łączą się, tworząc 30-węglowy związek znany jako skwalen. Skwalen, w skomplikowanej rearanżacji z udziałem redukcji i tlenu cząsteczkowego, tworzy cykliczny półprodukt znany jako lanosterol, który przypomina cholesterol. Konwersja lanosterolu do cholesterolu jest długi proces obejmujący 19 kroków, które występują w retikulum endoplazmatycznym.

Branching z cholesterolu, można utworzyć witaminę D lub hormonów steroidowych, które obejmują progestageny, androgeny, estrogeny, mineralokortykoidów i glikokortykoidów. Cząsteczka gałęzi dla wszystkich tych jest metabolit cholesterolu (i progestagen) znany jako pregnenalone. Progestageny są prekursorami wszystkich innych klas.

Estrogeny pochodzą od androgenów w interesującej reakcji, która wymagała utworzenia pierścienia aromatycznego. Enzym katalizujący tę reakcję znany jest jako aromataza i ma znaczenie medyczne. Wzrost niektórych nowotworów jest stymulowany przez estrogeny, dlatego inhibitory aromatazy są przepisywane, aby zapobiec powstawaniu estrogenów i spowolnić wzrost guza. Warto zauważyć, że synteza innych witamin rozpuszczalnych w tłuszczach i chlorofilu również odgałęzia się od szlaku syntezy izoprenoidów przy geranylopirofosforanie. Połączenie dwóch geranylgeranylopirofosforanów występuje u roślin i bakterii i prowadzi do syntezy likopenu, który z kolei jest prekursorem beta-karotenu, końcowego prekursora witaminy A. Witaminy E i K, jak również chlorofil są również syntetyzowane z pirofosforanu geranylgeranylu.

.