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Les artères cérébrales sont issues de deux systèmes vasculaires, l'un antérieur et l'autre postérieur. Le premier dérive des artères carotides internes 9, le deuxième est issu des artères vertébrales 15. Ces quatre artères établissent une série d'anastomoses formant le polygone de Willis 19, hexagone situé à la face ventrale du mésencéphale et du diencéphale, d'où partent donc les principales artères destinées aux différentes parties du cerveau. Le polygone de Willis sera définitivement constitué vers le début de la 8e semaine 22-23. Ce système possède sa propre régulation le mettant à l'abri des fluctuations périphériques, il capte environ 15% du débit sanguin de l'organisme.
Voici sa constitution anatomique simplifiée:
- L'artère carotide interne (elle irrigue 80% du cerveau), branche externe de la bifurcation de la carotide primitive, aboutit dans la cavité crânienne en passant par canal carotidien de l'os temporal. Elle traverse le sinus caverneux (siphon carotidien), puis la dure-mère et donne une branche principale: l'artère ophtalmique et quatre branches terminales: l'artère cérébrale antérieure 17, l'artère cérébrale moyenne (ou Sylvienne) 17, l'artère communicante postérieure 16 et l'artère choroïdienne antérieure.
- L'artère vertébrale 15 naît de l'artère sous-clavière à la racine du cou. Elle traverse les trous transversaires des vertèbres cervicales et entre dans le crâne par le trou occipital. Après avoir traversé la dure-mère, elle aborde la face latérale du bulbe rachidien. Les deux artères vertébrales se rapprochent alors l'une de l'autre pour fusionner près de la limite entre le bulbe et la protubérance. Ainsi est constitué le tronc basilaire 15. Ce dernier, monte à la face ventrale de la protubérance et se divise en deux branches terminales, les artères cérébrales postérieures droite et gauche 17, un peu au-dessus du sillon ponto-mésencéphalique.
- Le côté antérieur du polygone artériel de Willis est formé par l'artère communicante antérieure unique et les deux artères cérébrales antérieures 17. Latéralement, il est constitué par les deux artères communicantes postérieures. En arrière il est finalement complété par les artères cérébrales postérieures 16.
Chez l'embryon, le polygone de Willis reçoit un sang plus riche en oxygène que le reste du corps. En effet, la plus grande partie du sang provenant du placenta par l'intermédiaire de la veine cave inférieure passe de l'atrium droit à l'atrium gauche par le trou de Botal. Les artères carotides émanent de l'aorte avant l'embouchure du ductus artériosus et donc avant l'afflux de sang mélangé apporté du ventricule droit par le ductus artériosus (Botalli).