微生物發酵法通常以甘油、葡萄糖等生物質碳源為原料，通過優良的微生物菌種在合適的條件下發酵來累積L-酪氨酸。早期研究常通過人工誘變來選育L-酪氨酸高產菌株，如篩選L-苯丙氨酸或L-色氨酸缺陷或抗反饋抑制的菌株等。然而大多數微生物積累芳香氨基酸的能力很低，且其代謝途徑的調控機制十分復雜，傳統的誘變育種方法往往只能對局部代謝途徑或者關鍵酶作用，難以對全局的L-酪氨酸代謝流造成很大的影響。近年來隨著代謝工程和各種先進生物技術的迅猛發展，重新合理設計微生物的代謝途徑來更好地實現L-酪氨酸的發酵生產逐漸成為研究熱點。研究較多的L-酪氨酸代謝工程菌主要有大腸桿菌（Escherichia coli）、谷氨酸棒桿菌（Corynebacterium glutamicum）、黃色短桿菌（Brevibacterium flavum）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）等。其中以大腸桿菌和谷氨酸幫桿菌中 L-酪氨酸的合成途徑和調控機制研究的最多并闡釋的最為清楚。
L-酪氨酸生物合成途徑屬于芳香族氨基酸合成途徑。其合成的前體物4-磷酸赤蘚糖（Erythrose-4-phosphate， E4P）和磷酸烯醇式丙酮酸（Phosphoenol pyruvate，PEP）在DAHP合成酶（DS）的催化下縮合生成3-脫氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸（DAHP），該反應也是L-酪氨酸生物合成途徑的第一個限速步驟。在大腸桿菌中DAHP合成酶包含AroG、AroF和AroH三個同工酶，其表達和酶活分別受產物L-苯丙氨酸、L-酪氨酸和L-色氨酸的反饋阻遏和反饋抑制。從DAHP到分支酸的7步反應對于所有芳香氨基酸是共同途徑。而分支酸是芳香族氨基酸合成途徑的分支點，一個分支途徑用于合成L-色氨酸，另一部分則在分支酸變位酶（Chorism mutase，CM）和預苯酸脫水酶（Prephenatedehydratase，PD）雙功能酶TyrA的作用下生成對羥基苯丙酮酸（4HPP），后者通過與L-谷氨酸的轉氨作用生成L-酪氨酸，而TyrA的表達和酶活同樣受到產物L-酪氨酸的反饋阻遏和反饋抑制。