โปรตีนเส้นใย เป็นโปรตีนที่มีโครงสร้างแบบ Polypeptide เป็นเส้นยาวเรียงตัวตามยาวและพันรอบกันคลายเส้นเชือกจึงทำให้โปรตีนชนิดนี้จะมีความแข็งแรงมากกว่าแบบอื่น มีความยืดหยุ่นสูง มีความคงทนต่อการถูกย่อยสลาย มักทำหน้าที่เป็นโปรตีนโครงสร้าง โปรตีนที่มีลักษณะเป็นเส้นใยคือ
1. ไมโอไฟบริล (Myofibri) พบได้ในเส้นใยของเนื้อสัตว์ เป็นโปรตีนหลักในเนื้อสัตว์ ไมโอไฟบรินประกอบด้วยโปรตีนหลัก 2 ชนิด คือ 1.1 แอกทิน (Actin) เป็นเส้นใยโปรตีนขนาดเล็กและบาง มีสีจาง ในเส้นใยของแอกทินจะมีโทรโปนิน (Troponin) แทรกตัวอยู่เพื่อทำหน้าที่ควบคุมการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อ 1.2 ไมโอซิน (Myosin) เป็นเส้นใยโปรตีนที่มีขนาดใหญ่ หนา และสีเข้มกว่า ทั้งแอกทิน แลไมโอซิน จะทำหน้าที่สลับกันทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อลาย 2. คอลลาเจน (Collagen) เป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (Connective tissue) ที่กระจายอยู่ตามส่วนต่างๆ ของร่างกาย 3. อิลาสติน (Elastin) มีลักษณะยืดหยุ่น พบในเส้นเอ็นและเส้นเลือด 4. เคราติน (Keratin) เป็นองค์ประกอบของขน เส้นผม หนัง จะงอยปาก เป็นโปรตีนมีกำมะถันเป็นองค์ประกอบด้วย