A síntese de glicogênio ocorre em virtualmente todos os tecidos dos animais, mas é proeminente no fígado e músculo. O fígado armazena o excesso de carboidratos na forma de glicogênio para enviar, pelo sangue aos outros tecidos, glicose quando necessário. O músculo armazena apenas para consumo próprio, e só utiliza durante o exercício quando há necessidade de energia rápida. No repouso, a preferência é pelos lipídios justamente para manter a reserva de glicogênio.

O substrato para a síntese de glicogênio é a UDP-glicose, sintetizada a partir de Glicose-1-P, geralmente proveniente da Glicose-6-P da glicólise (por ação da fosfoglicomutase) ou, por exemplo, da degradação da galactose.

A enzima que aproveita a glicose destes nucleotídeos, liberando o UDP, é a glicogênio sintase. Esta no entanto, necessita de um "primer", um resíduo por onde começar, que deve ser formado por pelo menos quatro moléculas de glicose. A proteína glicogenina é a responsável pela formação desta pequena cadeia. A ela se liga o primeiro resíduo de glicose, após o que a proteína agirá como catalisadora. Formado o primer, a glicogênio sintase se liga à cadeia e à glicogenina (que permance unida àquele primeiro resíduo de glicose), estendendo a cadeia.

Conforme a cadeia cresce, a enzima e a glicogenina vão se separando, expondo trechos da cadeia onde poderão ser inseridos pontos de ramificação. A glicogênio sintase, no entanto, apenas estende a cadeia, sem ramificá-la, pois sua ação se restringe à formação de ligações alfa 1-4. A enzima ramificadora, capaz de formar as ligações alfa 1-6 necessárias, é a glicosil-(4-6)-transferase. Esta, no entanto, utiliza resíduos (de 6 a 7 carbonos) da própria cadeia, previamente formados pela glicogênio-sintase, apenas transferindo-os aos pontos de ramificação. Portanto, não há aproveitamento de UDP-glicose por parte desta enzima.

Uma vez que o glicogênio esteja grande o bastante, a enzima glicogênio sintase é deslocada (fica livre para atuar na formação de outras moléculas), mas a glicogenina permanece. Assim, na degradação do glicogênio, a ação se dará sobre a cadeia ligada a esta proteína. Caso o glicogênio não seja degradado até a última molécula de glicose, o resíduo ligado à glicogenina já será o primer para uma nova formação quando necessário.