O caminho da biossíntese do colesterol é longo e requer quantidades significativas de energia redutora e ATP, razão pela qual está incluído aqui. O colesterol tem papéis importantes no organismo, nas membranas. Ele também é um precursor dos hormônios esteróides e ácidos biliares e seu precursor metabólico imediato, o 7-hidrocolesterol, é um precursor da vitamina D. O caminho que leva ao colesterol é conhecido como caminho isoprenoidal e ramos dele levam a outras moléculas, incluindo outras vitaminas lipossolúveis.

De HMG-CoA, a enzima HMG-CoA redutase catalisa a formação do mevalonato. A reação requer NADPH e resulta na liberação da coenzima A e parece ser um dos mais importantes passos regulatórios na via de síntese. A enzima é regulada tanto pela inibição do feedback (o colesterol inibe) como pela modificação covalente (a fosforilação inibe). A síntese da enzima também é regulada por transcrição. Quando os níveis de colesterol caem, a transcrição do gene aumenta.

Mevalonato é fosforilado duas vezes e depois descarboxilado para produzir os cinco intermediários de carbono conhecidos como isopentenil-pirofosfato (IPP). O PPI é prontamente convertido em dimetilpirofosfato (DMAPP). Estes dois cinco compostos de carbono, também chamados de isoprenos, são os blocos de construção para a síntese do colesterol e compostos relacionados. Esta via é conhecida como a via isoprenóide. Ela prossegue na direção do colesterol começando com a união do IPP e DMAPP para formar o geranil-pirofosfato. O geranil-pirofosfato combina com outro IPP para fazer farnesil-pirofosfato, um composto de 15-carbonos. Dois farnesil-pirofosfatos juntam-se para criar o composto de 30-carbono conhecido como squalene. O esqualeno, em um rearranjo complicado envolvendo redução e oxigênio molecular, forma um intermediário cíclico conhecido como lanosterol que se assemelha ao colesterol. A conversão do lanosterol em colesterol é um longo processo envolvendo 19 passos que ocorrem no retículo endoplasmático.

Branching from cholesterol, pode-se formar a Vitamina D ou os hormônios esteróides, que incluem os progestagênios, andrógenos, estrogênios, mineralocorticoides e os glicocorticoides. A molécula do ramo para todos estes é o metabolito do colesterol (e progestagênio) conhecido como pregnenalona. Os progestagênios são precursores de todas as outras classes.

Os estrogênios são derivados dos andrógenos em uma reação interessante que exigiu a formação de um anel aromático. A enzima que catalisa esta reação é conhecida como aromatase e é de importância médica. O crescimento de alguns tumores é estimulado pelos estrogénios, por isso são prescritos inibidores da aromatase para prevenir a formação de estrogénios e retardar o crescimento do tumor. Vale ressaltar que a síntese de outras vitaminas lipossolúveis e a clorofila também ramificam da via de síntese de isoprenoides no geranilpirofosfato. A união de dois geranilferanilpirofosfatos ocorre em plantas e bactérias e leva à síntese de licopeno que, por sua vez, é um precursor do beta-caroteno, o precursor final da Vitamina A. Vitaminas E e K, assim como a clorofila também são sintetizadas a partir do geranilferanilpirofosfato.