Биосинтез стрептомицина осуществляется актиномицетом, который, по классификации Н. А. Красильникова, относится к Actinomyces globisporus streptomycini; иногда его сокращенно называют Actinomyces streptomycini. В зарубежной литературе продуцент стрептомицина известен как Streptomyces griseus.
Кроме стрептомицина, большой интерес для медицины представляет дигидрострептомицин. Первоначально дигидрострептомицин получали методом восстановления стрептомицина. В последнее время он выделен как самостоятельный метаболит одной из культур актиномицетов.
Химическая структура стрептомицина известна. Хорошо изучены возможности превращения антибиотика в различных условиях. Полный химический синтез антибиотика осуществить пока не удалось.
Молекула стрептомицина состоит из двух частей: стрептидина и стрептобиозамина. Стрептидин является производным инозита, содержащим гуанидиновые группы. Стрептобиозамин представляет собой дисахарид. Он состоит из стрептозы (пентозы) и N-метил-L-глюкозамина. В стрептобиозамине остаток N-метил-L-глюкозамина соединен с остатком стрептозы гликозидной связью за счет гликозидного гидроксила N-метил-L-глюкозамина.
В молекуле стрептомицина связь между остатками стрептидина и стрептобиозамина осуществляется за счет гликозидного гидроксила стрептозной части стрептобиозамина. В отличие от стрептомицина дигидрострептомицин в стрептозной части молекулы содержит не альдегидную, а оксиметильную группу.
Одним из продуктов, который образуется, наряду со стрептомицином, является маннозидострептомицин. По химическому строению он представляет собой а-D-маннозидо-N-метил-α-L-глюкозаминидо-β-L-стрептозидо-стрептидин. Таким образом, маннозидострептомицин отличается от стрептомицина наличием D-маннозы, присоединенной гликозидной связью к одному из углеродных атомов N-метил-L-глюкозаминной части молекулы.
Вопрос о роли стрептомицина в физиологии продуцента исследуется в ряде лабораторий. Было, в частности, показано, что штамм Str. griseus, не выделяющий в среду антибиотик, содержит в составе клеточной стенки стрептидин и стрептомицин.