一、主要天然来源：雨生红球藻
虾青素的天然来源有藻类、酵母、细菌、鱼虾等，而且许多藻类都可积累虾青素，但只有雨生红球藻能够积累大量虾青素（7000-55000μg/g细胞，相当于干重的0.7%-5.5%），因此适用于大规模产业化生产虾青素。来自红球藻的虾青素含有5%游离形式和95%酯化形式（75%单酯和20%二酯）。
此外，雨生红球藻的虾青素还具有以下优点：
（1）抗氧化活性高。从雨生红球藻中提取的虾青素全部以3S-3’S的形式存在，该结构是抗氧化活性最高的异构体。
（2）稳定性好。红球藻的虾青素大部分以酯化形式存在，酯化后的虾青素更加稳定。
（3）安全性。红球藻的虾青素可以用于人类食用，鉴于从雨生红球藻中提取虾青素的安全性、抗氧化性和稳定性，目前美国食品和药物管理局仅批准从雨生红球藻中提取的（3S，3’S）构型虾青素供人食用。
二、虾青素的其他生物来源
法夫酵母是能够合成天然虾青素的主要酵母菌种（高达0.5%的干重，虾青素全部为3R-3’R异构体）。虽然法夫酵母能够在发酵过程中快速生长，但由于其细胞壁过于坚硬使动物难以消化，需要通过机械或酶的方法破坏细胞壁以提高动物的吸收效率。某些类型的细菌，如短杆菌属、乳酸分枝杆菌和一些属于青霉属的真菌也具有积累虾青素的能力。
在虾、蟹和一些鱼类等水生动物中也含有虾青素。在虾蟹壳中的虾青素含量不高，而且对于水产养殖而言高含量的灰分和几丁质会导致鱼类消化不良，这使得甲壳类虾青素在水产养殖的使用上存在经济不可行。
大多数高等植物无法合成虾青素，通过转基因技术在烟草、拟南芥、马铃薯和胡萝卜等植物中可以实现虾青素的异源表达，从而让这些植物生产虾青素。同样，这些转基因植物中的虾青素含量也很低，且它们的生长发育非常缓慢，很难实现商业化。
