體內
谷胱甘肽（GSH）是在體內由特定的酶催化的反應中合成的。具體來說，GSH的合成涉及以下步驟：
第一步：一分子穀氨酸和一分子半胱氨酸在谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-ECS）的催化下合成谷氨酰半胱氨酸。
第二步：將一箇甘氨酸在谷胱甘肽合成酶（GS）的催化下加到上一步的產物谷氨酰半胱氨酸的半胱氨酸殘基一側，從而合成GSH。
GSH的合成主要發生在肝臟和一些其他組織中，其中γ-ECS是GSH合成過程中的主要限速酶。此外，谷胱甘肽-conjugates也是在肝臟中合成的，並且會優先分泌進入膽汁。谷胱甘肽合成酶（GS）雙重靶向質體和胞質溶膠，因此GSH和γ-谷氨酰半胱氨酸從質體中輸出。
在植物、動物、真菌以及一些細菌和古生菌中，GSH也廣泛存在，並且不是必需的營養素，因爲人體可以在體內由氨基酸L-半胱氨酸、L-穀氨酸和甘氨酸合成。