Dopo la sua insorgenza dal cordone laterale del plesso brachiale (con fibre nervose provenienti dalle radici da C5 a C7) il nervo discende dalla cavità ascellare adeso al muscolo sottoscapolare e seguendo il terzo laterale dell'arteria ascellare (cioè la parte dell'arteria ascellare più distale rispetto al muscolo pettorale) penetra quindi nella loggia osteofasciale anteriore del braccio, dapprima al di dietro del muscolo coracobrachiale, quindi perforandolo dal di dietro in avanti e portandosi sulla faccia ventrale del muscolo brachiale. Il nervo prosegue quindi verso il basso adagiato sul muscolo brachiale (che gli sta al di sotto) e ricoperto dal muscolo bicipite brachiale (che gli sta al di sopra); scendendo il nervo si porta lateralmente nel braccio e in prossimità della piega del gomito è posizionato lateralmente rispetto al tendine del muscolo bicipite brachiale. A 2 cm al di sopra del gomito il nervo perfora la fascia profonda lateralmente al tendine del bicipite brachiale e quindi, in posizione sottocutanea, prosegue nella regione laterale dell'avambraccio come nervo cutaneo laterale dell'avambraccio. 