Η εσωτερική καρωτιδική αρτηρία είναι ένα αιμοφόρο αγγείο που μεταφέρει οξυγονωμένο αίμα από την καρδιά στον εγκέφαλο. Ένα ζευγαρωμένο αγγείο με το ένα και στις δύο πλευρές του κεφαλιού, είναι ένας κλάδος της μεγαλύτερης κοινής καρωτίδας, με τον άλλο κλάδο να είναι η εξωτερική καρωτίδα, η οποία παρέχει αίμα σε διάφορες δομές στο πρόσωπο, το κεφάλι και το λαιμό. Η εσωτερική καρωτιδική αρτηρία προέρχεται από την κοινή καρωτίδα στο λαιμό περίπου στο ύψος του άνω περιγράμματος του μήλου του Αδάμ. Μόλις διεισδύσει στο κεφάλι, διακλαδίζεται σε αρκετές μικρότερες αρτηρίες, ανάμεσά τους η οφθαλμική αρτηρία, η πρόσθια χοριοειδής αρτηρία, η πρόσθια εγκεφαλική αρτηρία, η μέση εγκεφαλική αρτηρία και η οπίσθια επικοινωνία αρτηρία.
Ως κλάδος της κοινής καρωτιδικής αρτηρίας, η εσωτερική καρωτιδική αρτηρία μπορεί να εντοπιστεί από την προέλευσή της στην αορτή. Το μεγαλύτερο αιμοφόρο αγγείο του σώματος, η αορτή ανεβαίνει από την καρδιά και καμπυλώνει στην κορυφή του στήθους για να σχηματίσει το αορτικό τόξο. Εδώ ξεκινούν οι κοινές καρωτιδικές αρτηρίες αριστερά και δεξιά, αν και η δεξιά κοινή καρωτίδα δεν διακλαδίζεται από την αορτή απευθείας, αλλά από την βραχυκεφαλική αρτηρία. Κάθε πλευρά της κοινής καρωτίδας ανεβαίνει στην αντίστοιχη πλευρά του λαιμού και στο ύψος του τέταρτου αυχενικού σπονδύλου η κάθε μία διακλαδίζεται στις εξωτερικές και εσωτερικές καρωτιδικές αρτηρίες, ενώ η εξωτερική καρωτίδα είναι η πιο επιφανειακή του ζεύγους, πράγμα που σημαίνει ότι βρίσκεται πιο κοντά το δέρμα.
Σε αντίθεση με την εξωτερική καρωτίδα, η οποία σχηματίζει πολλαπλούς κλάδους στο λαιμό αμέσως μετά την απόκλιση από την κοινή καρωτίδα, η εσωτερική καρωτιδική αρτηρία συνεχίζει μέχρι το λαιμό και εισέρχεται στο κεφάλι πίσω από τη γωνία του οστού της γνάθου, ακριβώς βαθιά στο αυτί, ως αδιαίρετος παραπόταμος. Αυτό το δοχείο μπορεί να ταξινομηθεί σε επτά μοναδικά τμήματα, με ορισμένα τμήματα να διακλαδίζονται σε άλλα αγγεία και άλλα να μην διακλαδίζονται καθόλου. Για παράδειγμα, το τμήμα στο λαιμό είναι το τμήμα του τραχήλου της μήτρας, γνωστό και ως C1, αν και δεν υπάρχουν κλαδιά εδώ.
Με την είσοδο στο κεφάλι, ξεκινά το πετρώδες τμήμα της εσωτερικής καρωτίδας, ή C2. Ονομάστηκε για τη θέση του στο εσωτερικό του πετρώδους τμήματος του κροταφικού οστού, ένα τμήμα πυραμίδας του κροταφικού οστού στο κρανίο, μέσα στο οποίο βρίσκεται η είσοδος στο κανάλι του αυτιού. Μερικοί μικροί κλάδοι της εσωτερικής καρωτίδας βρίσκονται στο C2, συμπεριλαμβανομένων των καρωτοτυμπανικών και βιδιανών αρτηριών του αυτιού.
Πάνω από το πετρώδες τμήμα είναι το τμήμα του δακτύλου, το C3, το οποίο δεν σχηματίζει κλάδους και το σπηλαιώδες τμήμα, το C4, το οποίο σχηματίζει πολλούς μικρούς παραπόταμους. Βρίσκεται μέσα στον σπηλαιώδη κόλπο, ένα πλέγμα μικροσκοπικών αιμοφόρων αγγείων, το C4 δημιουργεί τους μηνιγγειοφυτοειδείς και τους κατώτερους κορμούς. Αυτά τα μικρότερα αγγεία παρέχουν δομές όπως η σκληρή μήτρα γύρω από τον εγκέφαλο και την υπόφυση.
Τα τρία τελευταία τμήματα είναι τα C5, C6 και C7, ή τα κλινοειδή, οφθαλμικά και επικοινωνούντα τμήματα της εσωτερικής καρωτίδας. Ενώ το κλινοειδές τμήμα δεν διαθέτει πρόσθετους κλάδους, τα οφθαλμικά και επικοινωνούντα τμήματα δημιουργούν τους κύριους κλάδους της εσωτερικής καρωτίδας: τις οφθαλμικές και ανώτερες υποφυσιακές αρτηρίες στο οφθαλμικό τμήμα. και τις οπίσθιες επικοινωνούσες, πρόσθιες χοριοειδείς, πρόσθιες εγκεφαλικές και μέσες εγκεφαλικές αρτηρίες στο τμήμα επικοινωνίας. Οι δύο τελευταίες αρτηρίες είναι τελικοί κλάδοι που διεισδύουν στον εγκέφαλο, πράγμα που σημαίνει ότι η εσωτερική καρωτίδα τελειώνει εκεί που διακλαδίζεται στην πρόσθια και μέση εγκεφαλική αρτηρία.