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Bilirubin wird zunächst in den Makrophagen des retikuloendothelialen Systems gebildet. Das Ausgangssubstrat ist in erster Linie Hämoglobin, aber jede Verbindung, die einen Häm-Kern enthält, kann ein Vorläufer sein, z. B. Katalase, Myoglobin.
Die Quelle des Hämoglobins sind alternde Erythrozyten. Sie werden von den Makrophagen phagozytiert. Bei einem gesunden Erwachsenen werden täglich 7,5 g Hämoglobin freigesetzt.
Im Makrophagen wird das Hämoglobin aufgespalten in:
Anschließend wird die Häm-Gruppe durch das Enzym Häm-Oxygenase gespalten, um Folgendes freizusetzen
Biliverdin wird durch das Enzym Biliverdin-Reduktase in Bilirubin umgewandelt. Ein gesunder Erwachsener produziert bis zu 250 mg Bilirubin pro Tag.
Bilirubin ist in Wasser unlöslich und muss daher von Albumin im Plasma transportiert werden. Durch die Bindung an Albumin wird es auch vor der Aufnahme durch das Fettgewebe geschützt, wodurch die Toxizität verringert wird. Bilirubin zirkuliert dann hämatogen, bevor es von der Leber aufgenommen wird.
Wird es nicht von der Leber aufgenommen oder im Übermaß produziert, lagert sich unkonjugiertes Bilirubin in extrahepatischen Geweben ab. Dies führt zu einer prähepatischen Gelbsucht.
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