胶原蛋白的生物合成是一个多步骤的过程。胶原前肽被共翻译转移到内质网腔。前肽经历了许多翻译后修饰。脯氨酸和赖氨酸残基可通过脯氨酰3-、脯氨酰4-和赖氨酰羟化酶进行羟基化。4-羟脯氨酸对分子内氢键和三螺旋胶原结构域的稳定性至关重要。在纤维形成胶原中，约50%的脯氨酸是4-羟基化的；这种情况以及3-羟脯氨酸和赖氨酸羟基化的程度因组织和胶原类型而异（Kiviriko等人，1972年和1992年）。羟基赖氨酸分子可以在原纤维中的胶原分子之间形成交联，并且是糖基化和半乳糖基化的位点。胶原肽均具有非胶原结构域；亚类中的胶原具有共同的链结构。这些非胶原结构域具有调节功能；当从主肽链上切割时，有些具有生物活性。原纤维胶原都有一个大的三螺旋结构域（COL1），以N和C末端延伸为边界，称为N和C前肽，在胶原原纤维形成之前被裂解。C前肽，也称为NC1结构域，高度保守。它指导来自三条胶原前肽α链的前胶原分子在细胞内组装期间的链结合（Hulmes 2002）。所述N-丙肽具有短连接子（NC2）和球状N-末端区域NC3，所述短连接子将主三螺旋连接到短副螺旋（COL2）。NC3域的大小及其包含的域都是可变的。

胶原前肽通常经历许多翻译后修饰。脯氨酸和赖氨酸残基可通过脯氨酸3-、脯氨酸4-和赖氨酸羟化酶进行羟化。4-羟基脯氨酸对分子内氢键和三螺旋胶原结构域的稳定性至关重要。Prolyl 4-羟化酶也可能在α链关联中发挥作用，因为在Prolyl 4-羟化酶抑制剂存在的情况下，没有发现XII型胶原c -前肽的关联(Mazzorana et al. 1993, 1996)。在原纤维形成的胶原中，大约50%的脯氨酸是4-羟基化的;这种程度取决于物种，较低的羟基化与较低的环境温度和热稳定性有关(Cohen-Solal et al. 1986, Notbohm et al. 1992)。同样，3-羟脯氨酸和赖氨酸羟化程度因组织和胶原类型而异(Kivirikko et al. 1992)。羟赖氨酸分子可以在原纤维中的胶原分子之间形成交联，是糖基化和半乳糖化的位点。

胶原分子通过一系列不同的中间产物折叠和组装（Bulleid 1996）。单个胶原多肽链在内质网（ER）膜上共翻译移位。链内二硫键在N-丙肽内形成，脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化发生在三螺旋结构域内（Kiviriko et al.1992）。当肽链完全转移到内腔时，C-前肽折叠，构象通过链内二硫键稳定（Doege和Fessler 1986）。前α链通过C-前肽（Byers等人1975年，Bachinger等人1978年）或FACIT家族胶原的NC2结构域（Boudko等人2008年）结合形成初始三聚体，可通过形成链间二硫键来稳定（Schofield等人1974年，Olsen等人1976年），尽管这些不是进一步折叠的先决条件（Bulleid等人，1996年）。然后，三重螺旋成核并沿C到N方向折叠。单个链的结合和随后的三螺旋形成是不同的步骤（Bachinger等人，1980年）。N-肽结合并在某些情况下形成链间二硫键（Bruckner等人，1978）。前胶原通过载体释放到细胞外空间（Canty&Kadler 2005）。纤维状前胶原分别通过前胶原C和N蛋白酶（均为Zn2+依赖性金属蛋白酶）去除C-和N-前肽。前肽加工是正常I型和III型胶原原纤维形成的必要步骤，但胶原可以保留部分或全部非胶原前肽。保留的胶原V型和席状肽前体有助于通过空间限制侧分子添加来控制纤丝生长（FICHART等1995）。加工后的原纤维前胶原被称为原胶原，它被认为是高阶原纤维和纤维的单位。纤维形成胶原I、II、III、V和席的胶原胶原以与结晶相比较的方式在体外聚集，开始于成核事件，随后是随后的组织聚集（银等1992，普罗科普和费特拉1998）。原纤维的形成通过赖氨酰氧化酶催化相邻分子之间的交联而稳定（Siegel&Fu 1976）。