Štruktúra celulózy je vytváraná nerozvetvenými reťazcami asi 500 jednotiek D-glukózy. Dlhé nevetvené polyméry celulózy v bunkových stenách rastlín vytvárajú vyššie štruktúry – mikrofibrily. To sú v ťahu veľmi pevné vlákna zložené z mnohých molekúl celulózy spájaných vodíkovými mostíkmi. Obvykle však nie je celulóza jedinou zložkou bunkových stien, tie totiž obsahujú medzi mikrofibrilami aj napr. xyloglukány, pektíny a prípadný lignín.
Usporiadanie mikrofibríl určuje smer rastu bunky. Ak sú v časti usporiadané rovnobežne, bunka rastie v smere kolmom vzhľadom na smer mikrofibríl.
Syntézu celulózy (z aktivovanej formy glukózy, tzv. UDP-glukózy) vykonáva enzým celulóza syntáza (CESA), ktorý je súčasťou membrány rastlinnej bunky. Je to veľký komplex, ktorý zároveň syntetizuje vždy 36 vlákien. Tie sa okamžite spájajú do kompaktnej mikrofibrily a vytvárajú väzby s bunkovou stenou. Pohyb komplexu plazmatickou membránou určuje smer uloženia mikrofibrily v stene.
Živočíchy nemajú enzým, ktorý by dokázal rozštiepiť β 1,4 väzby medzi jednotlivými glukózovými jednotkami. Preto je pre väčšinu živočíchov (aj človeka) celulóza nestráviteľná a v potrave tvorí tzv. vlákninu, ktorá prejde cez tráviacu sústavu bezo zmeny a z tela sa vylúči. Jediné tvory schopné spracovať celulózu sú baktérie. Tieto majú schopnosť celulózu štiepiť a metabolizovať. Pri hydrolytickom štiepení celulózy vznikajú produkty štiepenia (cellopentóza, cellotetróza, cellotrióza, cellobióza) až po glukózu. Bylinožravce teda musia vo svojom tráviacom trakte hostiť symbiotické baktérie, ktoré celulózu rastlinných bunkových stien rozštiepia a umožnia tak zužitkovať energiu, ktorú obsahujú. Najznámejší požierači celulózy sú termity a prežúvavce, ktoré dokážu celulózu takto stráviť.