前面我們已經知道，麥角固醇經光照可得維生素D2，7-去氫膽固醇經光照得維生素D3。近幾十年來，國內外眾多科學家從有機合成光化學角度開展了全面研究。光化學合成維生素D2的原料麥角固醇主要來自酵母發酵，從生產青霉素等藥物的廢菌絲或植物油、香菇等產品中提取。
維生素D3的結構復雜，目前已報道的合成方法有使用小分子化合物為原料的全合成方法，以使用天然甾體化合物為原料的半合成法以及生物合成法。
維生素D3及其衍生物的結構主要包含三個部分：側鏈，AB環與D環，全合成方法是將維生素D3分子從中間三烯以及側鏈處切斷成三個合成子，然后通過縮合或偶聯的方法再將三部分拼接起來。全合成方法的流程都比較復雜，產率很低，一般多用于結構特別的D3衍生物構建等理論研究，通常難以實際生產；半合成則主要是選擇適當的天然甾體化合物為原料，然后進行A、B環以及側鏈的修飾改造，最后通過光化開環反應構建維生素D3。此法操作簡便，目前已經面向產業化，市場上絕大多數維生素 D3原料藥是通過化學方法以廉價易得的天然甾體類物質為原料的合成的；相對于傳統的化學合成，生物合成具有反應選擇性好，反應速率快，步驟短的優勢，近幾年（2015年）也有相關研究報道了生物法在維生素D3的應用，但未進行工業化生產。