Las membranas de colágeno con mineralización biomimética están surgiendo como materiales prometedores para la regeneración ósea, debido a su alta biocompatibilidad. En este estudio, desarrollamos una membrana de colágeno biogénico combinando un pretratamiento con citrato (C) y mineralización mediada por quitosano carboximetílico (CMC) y evaluamos su potencial de curación ósea. Las membranas de colágeno C-CMC se prepararon mediante liofilización. La composición y el contenido mineral se probaron a través de difracción de rayos X (XRD), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y análisis termogravimétrico (TGA). La micromorfología se observó utilizando microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de sonda de barrido (SPM). También se evaluaron las propiedades físicas y mecánicas, incluyendo la tasa de hinchamiento, porosidad, hidrofobicidad, resistencia a la tracción, módulo de Young, degradación y función de barrera. Se cultivaron células madre mesenquimatosas óseas (BMSCs) in vitro para observar su comportamiento. Se utilizó un modelo de defecto crítico en el cráneo de ratas in vivo para validar los efectos de la membrana en la regeneración ósea. La membrana de colágeno C-CMC se sintetizó con éxito como un complejo de colágeno-hidroxiapatita con mineralización intrafibrilar, exhibiendo propiedades mecánicas mejoradas y una tasa de hinchamiento, porosidad, hidrofobicidad y tasa de degradación óptimas. Además, la membrana de colágeno C-CMC promovió la proliferación, adhesión y osteogénesis de las BMSCs mientras prevenía la infiltración de células epiteliales. Los experimentos in vivo indicaron que las membranas de colágeno C-CMC estimularon significativamente la regeneración ósea sin causar toxicidad sistémica. Nuestros hallazgos sugieren que la membrana de colágeno C-CMC posee propiedades físicas y mecánicas satisfactorias, junto con buena biocompatibilidad y eficacia en la regeneración de defectos óseos, lo que la convierte en un candidato potencial para una membrana de regeneración ósea guiada bioactiva en aplicaciones clínicas.