Le arterie carotidi interne sono rami delle arterie carotidi comuni. Entrano nel cranio attraverso il canale carotideo, attraversano il seno cavernoso ed entrano nello spazio subaracnoideo. Proseguono quindi nel poligono di Willis, con due rami che si diramano in avanti e poi verso l'alto lungo la fessura longitudinale e forniscono di sangue le parti anteriore e media del cervello. Una o più piccole arterie comunicanti anteriori si uniscono alle due arterie cerebrali anteriori poco dopo essere emerse. Le arterie carotidi interne continuano in avanti come arterie cerebrali medie. Scorrono poi lateralmente lungo l'osso sfenoide verso l'orbita dell'occhio, quindi verso l'alto attraverso il lobo dell'insula, dove si formano i rami finali.