膠原蛋白的基本結構單位是原膠原(tropocollagen)，原膠原肽鏈的一級結構具有(Gly-x-y)n重復序列，其中x常為脯氨酸(Pro)，y常為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。Hylys殘基可發生糖基化修飾，其糖單位有的是一個半乳糖殘基(Gal)，但通常是二糖(Glu-Gal-)，膠原上的糖所占的量約為膠原的10%。在膠原纖維內部，原膠原蛋白分子呈1/4交替平行排列，一個原膠原的頭部與下一個原膠的尾部有一個小的間隙分割，這種排列在膠原纖維上形成長度為67nm的周期性橫紋。平行排列的分子通過原膠原分子N末端與相鄰原膠原分子C末端的賴氨酸或羥賴氨酸間形成共價鍵加以穩定。
現已發現20個左右的基因分別在不同組織中編碼不同類型的膠原； 不同類型的膠原定位于體內的特定組織，也有2-3種不同的膠原存在于同一組織中。
膠原蛋白(Collagen)又稱膠原，是由三條肽鏈擰成的螺旋形纖維狀蛋白質。膠原蛋白是動物結締組織重要的蛋白質，結締組織除了含60～70%的水分外，膠原蛋白占了約20～30%，因為有高含量的膠原蛋白，結締組織具有了一定的結構與機械力學性質，如張力強度、拉力、彈力等以達到支撐、保護的功能。