赖氨酸的生物合成途径是1950年以后逐渐被阐明的。赖氨酸的生物合成途径与其他氨基酸不同，依微生物的种类而异。细菌的赖氨酸生物合成途径需要经过二氨基庚二酸(DAP)合成赖氨酸。酵母、霉菌的赖氨酸生物合成途径，需要经过α-氨基己二酸合成赖氨酸。同样是二氨基庚二酸合成赖氨酸途径，不同的细菌，赖氨酸生物合成的调节机制有所不同。

天冬氨酸途径又称二氨基庚二酸途径，此途径多存在细菌、绿藻、原虫和高等植物中，还可以合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。

由2-酮戊二酸和乙酰辅酶A经由α-氨基乙二酸途径合成。五步反应是由异柠檬酸合酶、乌头酸合酶/顺乌头酸合酶、乌头酸脱氢酶进行催化，2-酮戊二酸和乙酰辅酶A生成α-氨基乙二酸。第二个反应中，α-氨基乙二酸由α-氨基乙二酸还原酶、酵母氨酸还原酶和酵母氨酸脱氢酶催化生成赖氨酸。

赖氨酸是组成蛋白质的成分之一，一般富含蛋白质的食物中都含有赖氨酸，富含赖氨酸的食物为动物性食物（如畜禽类的瘦肉、鱼、虾、蟹、贝类、蛋类和乳制品）、豆类（包括大豆、杂豆及其制品）。此外，杏仁、榛子、花生仁、南瓜子仁等坚果中赖氨酸含量也比较多。谷类食物中赖氨酸含量很低，且易在加工过程中被破坏，因此是谷类的第一限制性氨基酸。