Anatomia pęcherza jest tak zaprojektowana, że jest w stanie pomieścić tyle moczu, że dana osoba potrzebuje tylko cztery do sześciu razy dziennie. Znajduje się w jamie miednicy, w pobliżu jelita cienkiego i narządów rozrodczych. Powierzchnia pęcherza, mniej więcej wielkości i kształtu cytryny, umożliwia narządowi rozciąganie się podczas napełniania.
Pęcherz jest połączony z nerkami rurkami zwanymi moczowodami, które łączą się z pęcherzem w otworach moczowodów. Rurki te wchodzą do pęcherza górną częścią po lewej i prawej stronie i przepuszczają mocz do pęcherza, gdzie jest przechowywany do czasu eliminacji. Podczas procesu wydalania mocz wydostaje się z pęcherza przez umieszczoną na dnie strukturę zwaną cewką moczową. W centralnym punkcie między tymi trzema otworami znajduje się blady, trójkątny obszar znany jako trigonum vesicae, który jest używany głównie przez lekarzy jako punkt odniesienia dla innych części anatomii pęcherza moczowego.
Kilka warstw tkanki i mięśni tworzy część powierzchni anatomii pęcherza moczowego. Najbardziej zewnętrzna warstwa nazywa się surowiczą lub otrzewną. Ta cienka tkanka jest podobna do tkanek wyścielających powierzchnie innych narządów w jamie brzusznej, takich jak nerki i wnętrze samego brzucha. Pod tą cienką warstwą tkanki znajduje się warstwa zawierająca mięśnie, które mimowolnie kontrolują rozszerzanie się i kurczenie pęcherza. Warstwa ta, zwana mięśniem wypieracza, mimowolnie rozszerza się, gdy mocz spływa z moczowodów, i kurczy się, gdy jest wydalana z organizmu.
Wewnątrz pęcherza znajduje się błona śluzowa, która ma właściwości elastyczne i tworzy fałdy, gdy pęcherz jest pusty. Jest przymocowany do zewnętrznej warstwy mięśniowej przez strukturę zwaną warstwą podśluzową. Ta warstwa ma taką samą elastyczność jak inne warstwy pęcherza.
Mięsień, który utrzymuje mocz w pęcherzu, nazywany jest wewnętrznym zwieraczem cewki moczowej. To właśnie ten zawór otwiera się podczas procesu eliminacji, aby umożliwić przejście moczu. U niektórych osób nietrzymanie moczu jest spowodowane wadliwym działaniem tej zastawki.
Anatomia pęcherza jest prostą strukturą, która działa w dużej mierze mimowolnie, aby umożliwić osobie czekanie godzinami między usunięciem moczu z organizmu. Podstawowa anatomia pęcherza jest taka sama u mężczyzn i kobiet, przy czym główną różnicą jest długość cewki moczowej. Rozmiar i kształt pęcherza mogą się zmieniać wraz z wiekiem i mogą słabiej utrzymywać się wraz z wiekiem osoby.