L'apparato cardiovascolare deriva dal mesoderma ed è costituito dal cuore e dai vasi sanguigni. Nell'uomo, esso si sviluppa passando da tre tipi principali di organizzazione: quelli dell'apparato primitivo, dell'apparato fetale e dell'apparato definitivo.L'apparato primitivo si forma tra la terza e la quarta settimana, ed è caratterizzato dalla presenza di un cuore tubulare semplice e tre reti simmetriche di vasi sanguigni (la rete embrionale, vitellina e ombelicale). All'inizio il tubo cardiaco è costituito soltanto da uno strato di cellule endoteliali, l'endocardio, ma in breve tempo il mesoderma adiacente forma attorno ad esso il miocardio e più esternamente l'epicardio. I primi vasi che si formano sono le arterie primitive: l'aorta, le arterie vitelline e le arterie ombelicali che si portano ai villi della placenta. Durante la quarta settimana si formano i tre sistemi di vene: le vene vitelline (che riportano al cuore il sangue proveniente dal sacco vitellino e dall'intestino), le vene ombelicali (che riportano il sangue dalla placenta), le vene cardinali (che trasportano il sangue proveniente dalla testa e dal tronco verso il cuore). Dalla quarta all'ottava settimana, questa struttura primitiva assume le caratteristiche dell'apparato fetale: un cuore pulsante con 4 cavità (attraverso processi di ripiegamento e sepimentazione) e tre reti di vasi sanguigni altamente asimmetriche. Durante questa fase si originano gli archi aortici in seguito al ripiegamento delle arterie primitive. Delle 6 coppie di archi aortici che si formano durante lo sviluppo, ne persistono solo 3: uno darà origine alle due arterie carotidi comuni, da cui deriveranno sia le carotidi interne sia le esterne, le quattro grandi arterie che portano il sangue al collo e alla testa;un altro evolverà, a destra nell'arteria succlavia, a sinistra s'incorpora nell'arco dell'aorta; l'ultimo genera le arterie polmonari e il dotto di Botallo. Nella circolazione fetale, il sangue ossigenato proveniente dalla placenta ritorna al feto attraverso la vena ombelicale. All'ingresso del fegato, la maggior parte di questo sangue è cortocircuitato direttamente nella vena cava inferiore attraverso il dotto venoso di Aranzio. Il resto entra nel fegato, passa nella circolazione epatica, dove si mescola al sangue deossigenato che proviene dall'intestino attraverso la vena porta, poi defluisce nelle vene sovraepatiche verso vena cava inferiore dove si unisce al sangue ossigenato proveniente dal dotto di Aranzio. Dalla vena cava inferiore il sangue giunge nell'atrio destro del cuore, dove viene deviato verso l'atrio sinistro attraverso il forame ovale. Da qui, il sangue passa nel ventricolo sinistro e successivamente nell'aorta ascendente che lo distribuisce, per la maggior parte, verso la testa e le braccia attraverso le arterie dell'arco aortico, mentre la restante parte raggiunge il tronco e gli arti inferiori attraverso l'aorta discendente. Il sangue venoso che proviene dalla testa e dalle braccia ritorna al cuore attraverso la vena cava superiore, entra nell'atrio destro e da qui passa quasi tutto nel ventricolo destro, mescolandosi pochissimo con il sangue ossigenato proveniente dalla cava inferiore. Dal ventricolo destro il sangue deossigenato passa nell'arterie polmonari per essere, però, quasi del tutto deviato attraverso il dotto arterioso di Botallo nell'aorta discendente mescolandosi con il flusso ematico destinato alle gambe e al tronco. Dai vasi per le estremità inferiori il sangue entra nelle arterie ombelicali, e da queste viene riportato alla placenta per l'ossigenazione.Alla nascita, la circolazione fetale viene sostituita rapidamente da quella polmonare, e il sistema cardiocircolatorio acquista l'organizzazione fisiologica dell'apparato cardiovascolare definitivo.Con i primi atti respiratori, gli alveoli si riempiono d'aria e i vasi sanguigni dei polmoni si dilatano perché la rete polmonare offre, ora, una resistenza vascolare molto minore. Di conseguenza aumenta anche il flusso di sangue e le relativa pressione nell'atrio sinistro. Il flusso di sangue proveniente dalla placenta viene interrotto e ciò abbassa di colpo la pressione nell'atrio destro, che raggiunge valori nettamente inferiori rispetto all'atrio sinistro. Il risultato di questa inversione di pressione è che il sangue dell'atrio sinistro fa accollare i due setti interatriali, determinando così la chiusura del forame ovale.Poco dopo la nascita si chiude anche il dotto venoso di Aranzio e il dotto arterioso di Botallo (a causa di una diminuita sintesi di prostaglandine, probabilmente associata alla nuova via di ossigenazione del flusso sanguigno). 