Homeostaza holesterola je vsak mehanizem, ki prispeva k procesu vzdrževanja uravnoteženega notranjega stanja holesterola v živem organizmu. Holesterol, bistvena biološka molekula v sistemu človeškega telesa, opravlja različne fiziološke funkcije, na primer deluje kot predhodnik za proizvodnjo žolčnih kislin, vitamina D in steroidnih hormonov. Deluje tudi kot kritični strukturni element v celični membrani vsake celice v telesu. Kljub koristnim in potrebnim funkcijam holesterola lahko motnje v homeostazi holesterola povzročijo povečano tveganje za srčne bolezni, pa tudi motijo druge homeostatske povratne sisteme, povezane z presnovo holesterola. Eno najosnovnejših sistemskih disfunkcij neravnovesja holesterola lahko opazimo znotraj celične membrane, ker polarno razmerje med lipidi in holesterolom vpliva na mobilnost beljakovin in prepustnost same membrane.
Kot vsi lipidi, ki jih najdemo v človeškem telesu, je holesterol netopen v tekočem delu krvi ali krvni plazmi, zato ga morajo prenašati beljakovinski nosilci. V primeru holesterola beljakovine, znane kot lipoproteini, »objamejo« delce holesterola za transport. Dva najbolj znana nosilca sta lipoproteini nizke gostote (LDL) in lipoproteini visoke gostote (HDL), saj so to poimensko določene številke v laboratorijih, ki izvajajo teste za homeostazo holesterola. Celotno ravnovesje holesterola lahko pripišemo tudi trem dodatnim beljakovinam: hilomikronom, lipoproteinom zelo nizke gostote (VLDL) in lipoproteinom vmesne gostote (IDL). Eden od glavnih vzrokov primarnega homeostatskega neravnovesja, ki lahko vodi do bolezni, je nesorazmerno stanje teh beljakovin.
Najbolj opazen organ, ki nadzoruje homeostazo holesterola, so jetra, ker ne samo biosintetizirajo holesterol, ki se sprošča v cirkulacijski sistem, ampak razgrajuje potencialno škodljiv, prosto plavajoč holesterol iz krvnega obtoka. HDL so koristni pri vzdrževanju homeostaze holesterola, ker pobirajo in dostavijo potencialno nevaren holesterol neposredno nazaj v jetra, kjer se sintetizira v neškodljive žolčne kisline, ki jih uporablja prebavni sistem. LDL delujejo manj koristno, ker se nagibajo k odlaganju holesterola v telesnih celicah in na stenah arterij. Pokazalo se je, da prekomerne ravni LDL povečujejo tveganje za bolezni srca in ožilja.
Pri zdravih odraslih je homeostaza holesterola strogo urejena s kompleksnimi povratnimi zankami. V tem primeru, če zdrav bolnik zaužije veliko količino holesterola s hrano, se biosinteza v jetrih močno zmanjša, da se ohrani ravnovesje. Pri odrasli osebi, ki ima visoko izhodiščno raven LDL, bodisi zaradi let slabih prehranjevalnih navad ali drugih genetskih ali zdravstvenih stanj, sta lahko povratna zanka in sistemski mehanizem obvladovanja preobremenjena z enakim obilnim vnosom, kar povzroči nevarno homeostatsko neravnovesje. V teh primerih lahko uporaba farmacevtskih izdelkov, kot so statini, pomaga telesu, da se povrne v zdravo ravnovesje holesterola.