Homeostaza cholesterolu to każdy mechanizm, który przyczynia się do procesu utrzymywania zrównoważonego wewnętrznego stanu cholesterolu w żywym organizmie. Cholesterol, niezbędna biologiczna cząsteczka w ludzkim organizmie, pełni różne funkcje fizjologiczne, takie jak prekursor produkcji kwasów żółciowych, witaminy D i hormonów steroidowych. Funkcjonuje również jako krytyczny element strukturalny w błonie komórkowej każdej komórki obecnej w ciele. Pomimo korzystnych i niezbędnych funkcji cholesterolu, zaburzenie homeostazy cholesterolu może powodować zwiększone ryzyko chorób serca, a także zaburzyć inne homeostatyczne systemy sprzężenia zwrotnego związane z metabolizmem cholesterolu. Jedną z najbardziej podstawowych ogólnoustrojowych dysfunkcji braku równowagi cholesterolu można zaobserwować w błonie komórkowej, ponieważ stosunek polarnych lipidów do cholesterolu wpływa na mobilność białek i przepuszczalność samej błony.
Jak wszystkie lipidy występujące w ludzkim organizmie, cholesterol jest nierozpuszczalny w płynnej części krwi, czyli w osoczu krwi, dlatego musi być transportowany przez nośniki białkowe. W przypadku cholesterolu, białka znane jako lipoproteiny „osłaniają” cząsteczki cholesterolu w celu transportu. Dwa najbardziej znane nośniki to lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL) i lipoproteiny o wysokiej gęstości (HDL), ponieważ są to liczby określone z nazwy w laboratoriach przeprowadzających testy homeostazy cholesterolu. Całkowitą równowagę cholesterolu można również przypisać trzem dodatkowym białkom: chylomikronom, lipoproteinom o bardzo małej gęstości (VLDL) i lipoproteinom o średniej gęstości (IDL). Jedną z głównych przyczyn pierwotnej nierównowagi homeostatycznej, która może prowadzić do choroby, jest nieproporcjonalność tych białek.
Najbardziej widocznym organem kontrolującym homeostazę cholesterolu jest wątroba, ponieważ nie tylko biosyntetyzuje ona cholesterol uwalniany do układu krążenia, ale także rozkłada potencjalnie szkodliwy, swobodnie unoszący się cholesterol z krwiobiegu. HDL są korzystne w utrzymaniu homeostazy cholesterolu, ponieważ wychwytują i dostarczają potencjalnie niebezpieczny cholesterol bezpośrednio z powrotem do wątroby, gdzie jest syntetyzowany w nieszkodliwe kwasy żółciowe wykorzystywane przez układ pokarmowy. LDL działają mniej korzystnie, ponieważ mają tendencję do odkładania cholesterolu w komórkach ciała i na ścianach tętnic. Wykazano, że to nadmierne poziomy LDL zwiększają ryzyko chorób sercowo-naczyniowych.
U zdrowego dorosłego homeostaza cholesterolu jest ściśle regulowana przez złożone pętle sprzężenia zwrotnego. W takim przypadku, jeśli zdrowy pacjent spożywa duże ilości cholesterolu pokarmowego, biosynteza w wątrobie jest znacznie zmniejszona, aby zachować równowagę. U osoby dorosłej, która ma wysoki wyjściowy poziom LDL, z powodu lat złych nawyków żywieniowych lub innych schorzeń genetycznych lub medycznych, pętla sprzężenia zwrotnego i systemowy mechanizm radzenia sobie mogą zostać przytłoczone przez to samo duże spożycie, powodując niebezpieczną nierównowagę homeostatyczną. W takich przypadkach stosowanie farmaceutyków, takich jak statyny, może pomóc organizmowi powrócić do zdrowej równowagi cholesterolu.