Kiedy zawodzi leczenie nieoperacyjne zaawansowanej choroby zwyrodnieniowej kolana, narasta ból, sztywność stawu i trudności w poruszaniu się, lekarz może zaproponować leczenie operacyjne polegające na założeniu endoprotezy stawu kolanowego. Stosuje się je zwykle w przypadku choroby zwyrodnieniowej, ale także w przypadku zmian pourazowych czy chorób reumatycznych. Endoprotezoplastyka całkowita stawu kolanowego polega na wymianie całych powierzchni stawowych kości udowej i piszczelowej na metalową. Pomiędzy metalowymi powierzchniami endoprotezy umieszczana jest wkładka polietylenowa, która ślizga się na powierzchni elementu udowego, a czasem też piszczelowego. Powierzchnia stawowa rzepki może nie być wymieniana, usuwane są wtedy jedynie wyrośla kostne. Elementy endoprotezy mogą być montowane przy użyciu cementu kostnego lub bezpośrednio osadzane w kości. Zależy to od stanu kości w miejscu założenia. Zabieg operacyjny trwa ok. 1 -2 godziny. Zależy to od sposobu montowania endoprotezy i warunków miejscowych. Zabieg operacyjny przeprowadzany jest często z użyciem mankietu pneumatycznego zakładanego na udo w celu uzyskania bezkrwawego pola operacyjnego.
Nie zawsze zachodzi konieczność wymiany powierzchni stawowej całego kolana. Czasem zniszczona jest tylko część kolana po jednej stronie, wystarczy wtedy założenie protezy tylko na jednym kłykciu kości udowej i piszczelowej tzw. endoprotezy jednoprzedziałowej. U pacjentów kwalifikowanych do takiego zabiegu istnieje czasem konieczność zmiany decyzji w trakcie zabiegu i założeniu endoprotezy całkowitej.