Ⅰ型膠原的原纖維平行排列成較粗大的束，成為光鏡下可見的膠原纖維，抗張強(qiáng)度超過鋼筋。其三股螺旋由二條α1（Ⅰ）鏈及一條α2（Ⅰ）鏈構(gòu)成。每條α鏈約含1050個氨基酸殘基，由重復(fù)的Gly-X-Y序列構(gòu)成。X常為Pro（脯an酸），Y常為羥脯an酸或羥賴氨酸殘基。重復(fù)的Gly-X-Y序列使α鏈卷曲為左手螺旋，每圈含3個氨基酸殘基。三股這樣的螺旋再相互盤繞成右手超螺旋，即原膠原。

原膠原分子間通過側(cè)向共價交聯(lián)，相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數(shù)微米的原纖維，在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。膠原原纖維中的交聯(lián)鍵是由側(cè)向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化后所產(chǎn)生的兩個醛基間進(jìn)行縮合而形成的。

原膠原共價交聯(lián)后成為具有抗張強(qiáng)度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。隨年齡增長，交聯(lián)日益增多，皮膚、血管及各種組織變得僵硬，成為老化的一個重要特征。

人α1（Ⅰ）鏈的基因含51個外顯子，因而基因轉(zhuǎn)錄后的拼接十分復(fù)雜。翻譯出的肽鏈稱為前α鏈，其兩端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。三條前α鏈的C端前肽借二硫鍵形成鏈間交聯(lián)，使三條前α鏈“對齊"排列。然后從C端向N端形成三股螺旋結(jié)構(gòu)。前肽部分則呈非螺旋卷曲。帶有前肽的三股螺旋膠原分子稱為前膠原（procollagen）。膠原變性后不能自然復(fù)性重新形成三股螺旋結(jié)構(gòu)，原因是成熟膠原分子的肽鏈不含前肽，故而不能再進(jìn)行“對齊"排列。