在胎儿期，肝脏相对不活跃，胎儿红细胞破坏后所产生的胆红素主要由母亲肝脏处理。如胎儿红细胞破坏过多，母亲肝脏不能完全处理所有的胆红素，脐带和羊水可呈黄染；此外，当骨髓和髓外造血不能满足需要时，可出现胎儿贫血。
胎儿肝脏也能处理少量胆红素，但当胎儿溶血而肝脏处理胆红素能力尚未成熟时，新生儿脐血中也可以检测到较高水平的胆红素。
在新生儿期，多数胆红素来源于衰老红细胞。红细胞经单核巨噬细胞系统破坏后所产生的血红素约占75%，它与其他来源的血红素包括肝脏骨髓中红细胞前体和其他组织中的含血红素蛋白，约占25%。
血红素在血红素加氧酶的作用下转变为胆绿素，后者在胆绿素还原酶的作用下转变成胆红素；在血红素转变至胆绿素的过程中产生内源性的一氧化碳，故临床上可通过呼出一氧化碳的产量来评估胆红素的产生速率。1g血红蛋白可产生34mg未结合胆红素。
胆红素的转运、肝脏摄取和处理：血中未结合胆红素多数与白蛋白结合，以复合物形式转运至肝脏。未结合胆红素与白蛋白结合后一般是“无毒的”，即不易进入中枢神经系统。
但是，游离状态的未结合胆红素呈脂溶性，能够通过血脑屏障，进入中枢神经系统，引起胆红素脑病；某些情况，如低血白蛋白水平、窒息、酸中毒、感染、早产和低血糖等，可显著降低胆红素与白蛋白结合率。
游离脂肪酸、静脉用脂肪乳剂和某些药物，如磺胺、头孢类抗生素、利尿剂等也可竞争性影响胆红素与白蛋白的结合。胆红素进入肝脏后被肝细胞的受体蛋白结合后转运至光面内质网，通过尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶的催化，每一分子胆红素结合两分子的葡萄糖醛酸，形成水溶性的结合胆红素，后者经胆汁排泄至肠道。
在较大儿童或成人，肠道胆红素通过细菌作用被还原为粪胆素原后随粪便排出；部分排入肠道的结合胆红素可被肠道的B葡萄糖醛酸酐酶水解，或在碱性环境中直接与葡萄糖醛酸分离成为未结合胆红素，后者可通过肠壁经门静脉重吸收到肝脏再行处理，形成肠肝循环；在某些情况下，如早产儿、肠梗阻等，肠肝循环可显著增加血胆红素水平。