Известно по крайней мере 12 вариантов коллагена, характеризующихся различным сочетанием полипептидных α-цепей (α1-αЗ и др. подтипы). Наиболее общий тип коллагена I имеет следующую четвертичную структуру: [α1(I)]2α2(I). Это длинная нитевидная молекула с молекулярной массой 285 кДа.
Молекулы коллагенов обладают свойством спонтанно агрегировать с образованием более сложных структур, микрофибрилл и фибрилл. Большинство коллагенов образуют фибриллы цилиндрической формы (диаметром 20-500 нм) с характерными поперечными полосами, повторяющимися через каждые 64-67 нм.