自收肌腱裂孔续于股动脉，位置较深，邻贴股骨面及膝关节囊后部。沿半腱肌外缘向外斜行，至股骨髁问窝水平居膝后中部，而后垂直向下达腘肌下缘，分为胫前动脉和胫后动脉。

前者经骨间膜上缘进入小腿前区，后者经比目鱼肌腱弓深面至小腿后区。该动脉除发出肌支分布于邻近诸肌外，尚有五条关节支，即膝上内、外侧动脉，膝中动脉及膝下内、外侧动脉，均参与组成膝关节动脉网。腘动脉上部因与股骨腘面关系密切，当股骨髁上骨折时，可能伤及腘动脉。