氨基聚糖及蛋白聚糖是細胞外基質的重要成分之一。可與細胞外基質中的膠原、 纖粘連蛋白、 層粘連蛋白及彈性蛋白結合，構成具有組織特性的細胞外基質。像膠原一樣，不同組織的細胞外基質中含有不同類型、不同含量的氨基聚糖及蛋白聚糖，并與其功能相適應。例如，軟骨及長骨的骨骺含較多硫酸軟骨素蛋白聚糖。硫酸軟骨素的保水性（由糖基的多羥基及多陰離子決定）使其占據一定的空間,具有一定的容量,這對于骨骺的生長板尤其重要。硫酸軟骨素蛋白聚糖的缺乏或硫酸軟骨素的硫酸化不足均可縮減骺板的體積，從而導致肢體發育短小和畸形。氨基聚糖的多陰離子可結合二價陽離子（如Ca2+）,這對組織的鈣化，尤其是骨鹽的沉積有重要作用。角膜中的蛋白聚糖主要含硫酸角質素及硫酸皮膚素，且蛋白質的含量較高,在角膜基質的構建及維持上有重要作用,從而使角膜基質具有光透明性。細胞外基質中的各種成分（包括氨基聚糖及蛋白聚糖）彼此交聯，形成孔徑不同或電荷密度不同的凝膠，不但使細胞外基質連成一體，而且可以作為控制分子及細胞通過的篩網。這在腎小球及脈管基膜尤其重要。
透明質酸的合成在發育中及創傷修復中的組織內特別旺盛。 它可促進細胞遷移及增殖， 并阻止細胞分化。當細胞遷移達到特定的部位或增殖達到足夠的數量時，透明質酸酶便將其降解。因此透明質酸的作用似乎是防止細胞過早的分化。在組織分化及成熟階段，透明質酸含量逐漸降低，同時伴有其他硫酸化氨基聚糖成分的增多。在不同的組織內增加的硫酸化氨基聚糖種類不同。這些具有組織特點的氨基聚糖又可穩定分化表型。這已在軟骨形成及角膜上皮分化中得到證明。
哺乳類動物組織中的氨基聚糖的種類及含量隨生長、發育及年齡而變動。例如,胚胎發育早期,皮膚中的氨基聚糖幾乎全部由透明質酸及硫酸軟骨素組成。3 個月胎兒的皮膚中透明質酸及硫酸軟骨素的含量為成人者的20倍,5個半月的胎兒為5倍，足月胎兒為2倍。在胚胎發育過程中膠原纖維逐漸形成，它們的一部分又逐漸被硫酸皮膚素取代。至70歲以后膠原纖維周圍的氨基聚糖含量顯著降低，同時硫酸皮膚素所占的比重顯著增加。關節軟骨中的蛋白聚糖亦隨年齡的增長出現量與質的改變：總量逐漸減少,硫酸角質素逐漸取代硫酸軟骨素,糖所占比重下降，蛋白質所占比重相對增加，從而導致組織的保水能力及彈性減弱。可見，氨基聚糖及蛋白聚糖與老化過程有關。
某些氨基聚糖可與血漿蛋白結合。例如，肝素可與凝血相關的幾種凝血因子（如因子Ⅹ及凝血酶）及抗凝血酶Ⅲ(血漿α2糖蛋白)結合，從而抗凝血。動脈壁內膜的硫酸皮膚素蛋白聚糖可與血漿低密度脂蛋白結合。其結合作用可能主要由靜電引力造成，因為低密度脂蛋白的載脂蛋白apo-B帶正電荷,可直接被帶負電荷的硫酸皮膚素吸引。此外，脂蛋白中的磷脂所帶的負電荷可借助于Ca2+而與氨基聚糖的陰離子基團結合,此與動脈粥樣硬化的形成有關。除血漿蛋白外，肝素還可與毛細血管壁上的脂蛋白脂肪酶結合，從而將之釋入血循環。脂蛋白脂肪酶可分解甘油三酯，因而使血脂降低。