由于膠原蛋白廣布于人體各組織中，系各組織中的重要成分并構成組織細胞外基質（Extracelluarmatrix，ECM），其性質是一種天然的組織支架材料。從臨床應用的角度，人們用膠原蛋白制成各種各樣的組織工程支架，如皮膚、骨組織、氣管和血管支架等。然而以膠原本身而言就有兩大類，即純膠原制備的支架和與其它成分復合而成的復合物支架。純膠原蛋白組織工程支架具有生物相容性好、易加工、可塑性并能促進細胞黏附、增殖等優點，但也有膠原蛋白的力學性能差，在含水時難以塑形，無法支撐組織重建等不足。其次在修復處的新生組織會產生各種各樣的酶，將膠原蛋白水解，導致支架崩解，而采用交聯或復合的方式能改善與提高。現已成功地將膠原蛋白基生物材料用于人工皮膚、人工骨、軟骨移植和神經導管等組織工程產品。有人用嵌入軟骨細胞的膠原蛋白凝膠來修復軟骨缺陷并嘗試用上皮、內皮和角膜細胞附在膠原蛋白海綿以適應角膜組織。還有人混合自體同源的間葉細胞中的莖狀細胞和膠原蛋白凝膠制作肌腱用于腱后修復。
以膠原蛋白為基質作真皮輔以上皮成分構成的組織工程人工皮膚藥物緩釋膠以膠原蛋白為主要成分的給藥系統應用非常廣泛，可以把膠原蛋白水溶液塑造成各種形式的給藥系統，如眼科方面的膠原蛋白保護物、燒傷或創傷使用的膠原海綿、蛋白質傳輸的微粒、膠原蛋白的凝膠形式、透過皮膚給藥的調控材料以及基因傳輸的納米微粒等。此外，還可作為組織工程包括細胞培養系統的基質、人工血管和瓣膜的支架材料等。