瓜氨酸是从鸟氨酸及胺基甲酰磷酸盐在尿素循环中生成，或是通过一氧化氮合酶（NOS）催化精氨酸生成NO的副产物。首先，精氨酸会被氧化为N-羟基-精氨酸

当瓜氨酸仍然是氨基酸时，由于它不是为DNA而编码，所以是不会在蛋白质生物合成中嵌入蛋白质内，不过仍然有部份蛋白质含有瓜氨酸。这些瓜氨酸是由胜肽精胺酸亚氨酶（PAD）所产生，在瓜氨化的过程中将精氨酸转化为瓜氨酸。一般含有瓜氨酸的蛋白质包括有人脑髓鞘碱性蛋白（MBP）、聚角蛋白微丝蛋白及一些组蛋白。如纤维素及波形蛋白能从细胞死亡及组织发炎中被瓜氨化。