Do là một axit amin thiết yếu, lysine không được tổng hợp trong cơ thể động vật mà phải lấy từ thức ăn chứa lysine. Ở thực vật và vi sinh vật nó được tổng hợp từ axit aspartic (aspartate):[4]

• L-aspartate được biến đổi thành L-aspartyl-4-phosphate nhờ aspartokinase (hay aspartate kinase). Phản ứng này cần ATP.
• β-Aspartate semialdehyde dehydrogenase biến đổi tiếp thành β-aspartyl-4-semialdehyde (hay β-aspartate-4-semialdehyde). Phản ứng này cần NADPH.
• Dihydrodipicolinate synthase thêm một nhóm pyruvate vào β-aspartyl-4-semialdehyde và loại bỏ hai phân tử nước, tạo nên 2,3-dihydrodipicolinate (phản ứng đóng vòng)
• Sản phẩm trên bị khử thành 2,3,4,5-tetrahydrodipicolinate (hay Δ1-piperidine-2,6-dicarboxylate) nhờ dihydrodipicolinate reductase. Phản ứng này tiêu thụ một phân tử NADPH.
• Tetrahydrodipicolinate N-acetyltransferase mở vòng và tạo nên N-succinyl-L-2-amino-6-oxoheptanedionate (hay N-acyl-2-amino-6-oxopimelate). Phản ứng này sử dụng hai phân tử nước và một phân tử acyl-CoA (succinyl-CoA).
• N-succinyl-L-2-amino-6-oxoheptanedionate được biến đổi thành N-succinyl-LL-2,6-diaminoheptanedionate (N-acyl-2,6-diaminopimelate) nhờ sự xúc tác của enzym succinyl diaminopimelate aminotransferase. Phản ứng này cần một phân tử axit glutaric và sản phẩm phụ gồm một oxoacid.
• N-succinyl-LL-2,6-diaminoheptanedionate (N-acyl-2,6-diaminopimelate) được biến đổi thành LL-2,6-diaminoheptanedionate (L,L-2,6-diaminopimelate) nhờ diaminopimelate desuccinylase (acyldiaminopimelate deacylase). Phản ứng này dùng một phân tử nước và sản phẩm phụ là một phân tử succinate.
• LL-2,6-diaminoheptanedionate được biến đổi thành meso-2,6-diamino-heptanedionate (meso-2,6-diaminopimelate) nhờ diaminopimelate epimerase.
• Cuối cùng meso-2,6-diamino-heptanedionate được biến đổi thành L-lysine nhờ diaminopimelate decarboxylase.

Các enzym tham gia vào quá trình sinh tổng hợp trên gồm:[5]

1. Aspartokinase
2. β-Aspartate semialdehyde dehydrogenase
3. Dihydropicolinate synthase
4. Δ1-Piperidine-2,6-dicarboxylate dehydrogenase
5. N-succinyl-2-amino-6ketopimelate synthase
6. Succinyl diaminopimelate aminotransferase
7. Succinyl diaminopimelate desuccinylase
8. Diaminopimelate epimerase
9. Diaminopimelate decarboxylase.