菌、真菌和植物细胞中，组氨醇脱氢酶主要负责催化组氨酸生物合成的最后一步化学反应——组氨醇的四电子氧化反应。细菌的组氨醇脱氢酶是一个单链多肽；真菌的组氨醇脱氢酶则是一个多功能酶的C端结构域，可以催化组氨酸合成过程中的3个反应；植物的组氨醇脱氢酶则是由细胞核基因编码的蛋白质前体，需被转运至叶绿体后才能发挥作用。