L'arteria carotide interna nasce dall'a.carotide comune a livello del margine superiore della cartilagine tiroidea della laringe e si dirige verso l'alto senza emettere rami. Entra nel canale carotico della piramide dell'osso temporale e penetra nella cavità cranica dove si rivolve nei suoi rami terminali, che entrano a far parte del circolo anastomotico del Willis. I rami terminali sono l'a. cerebrale anteriore, l'a.cerebrale media e l'a. comunicante posteriore. Un piccolo ramo della catoride interna, l'a.oftalmica, entra nella cavità orbitaria parallela al nervo ottico (che invece esce) e dà origine all'a. centrale della retina.