Artera carotidă internă este un vas de sânge care furnizează sânge oxigenat de la inimă la creier. Un vas pereche cu unul pe fiecare parte a capului, este o ramură a arterei carotide comune mai mari, cealaltă ramură fiind artera carotidă externă, care furnizează sânge către diferite structuri ale feței, capului și gâtului. Artera carotidă internă ia naștere din carotida comună din gât la aproximativ înălțimea marginii superioare a mărului lui Adam. La pătrunderea capului, se ramifică în câteva artere mai mici, printre care artera oftalmică, artera coroidală anterioară, artera cerebrală anterioară, artera cerebrală mijlocie și artera comunicantă posterioară.
Ca ramură a arterei carotide comune, artera carotidă internă poate fi urmărită până la originile sale pe aortă. Cel mai mare vas de sânge din corp, aorta urcă din inimă și se curbează în partea de sus a pieptului pentru a forma arcul aortic. Aici își au originea arterele carotide comune stânga și dreaptă, deși carotida comună dreaptă se ramifică nu în afara aortei, ci în afara arterei brahiocefalice. Fiecare parte a carotidei comune urcă pe partea sa respectivă a gâtului, iar la înălțimea celei de-a patra vertebre cervicale fiecare se bifurcă în arterele carotide externe și interne, carotida externă fiind cea mai superficială dintre perechi, ceea ce înseamnă că se află mai aproape de pielea.
Spre deosebire de carotida externă, care formează mai multe ramuri în gât imediat după ce s-a îndepărtat de carotida comună, artera carotidă internă continuă în sus pe gât și intră în cap în spatele unghiului maxilarului, chiar adânc până la ureche, ca un afluent nedivizat. Acest vas poate fi clasificat în șapte segmente unice, unele segmente care se ramifică în alte vase, iar altele nu se ramifică deloc. De exemplu, porțiunea din gât este segmentul cervical, cunoscut și sub numele de C1, deși nu se găsesc ramuri aici.
La intrarea în cap, începe segmentul petros al arterei carotide interne, sau C2. Este numit pentru locația sa în interiorul porțiunii petroase a osului temporal, o secțiune în formă de piramidă a osului temporal din craniu, în interiorul căreia se găsește intrarea în canalul urechii. Câteva ramuri minore ale carotidei interne se găsesc în C2, inclusiv arterele caroticotimpanice și vidiene ale urechii.
Deasupra segmentului petros se află segmentul lacerum, C3, care nu formează ramuri, și segmentul cavernos, C4, care formează mulți afluenți mici. Găsit în sinusul cavernos, o rețea de vase de sânge minuscule, C4 dă naștere trunchiurilor meningohipofizare și inferolaterale. Aceste vase mai mici furnizează structuri precum dura mater din jurul creierului și glanda pituitară.
Ultimele trei segmente sunt C5, C6 și C7 sau porțiunile clinoid, oftalmice și comunicante ale arterei carotide interne. În timp ce segmentul clinoid nu prezintă ramuri suplimentare, segmentele oftalmice și comunicante dau naștere ramurilor majore ale carotidei interne: arterele oftalmice și hipofizare superioare din segmentul oftalmic; iar arterele comunicante posterioare, coroidiene anterioare, cerebrale anterioare și cerebrale medii în segmentul comunicant. Ultimele două artere sunt ramuri terminale care pătrund în creier, ceea ce înseamnă că artera carotidă internă se termină acolo unde se ramifică în arterele cerebrale anterioare și medii.