大動脈は他の動脈と同様に、内膜、中膜、外膜の三層構造をしている。
大動脈は左心室に始まった後、頭頸部に分岐を送るために上行するが、これを上行大動脈(ascending aorta)という。その後弓なりに曲がり始め大動脈弓(aortic arc)を形成しつつ、頭頸部では、腕頭動脈、左総頚動脈、左鎖骨下動脈とを分枝する(これらの分岐は変異が多い)。そのまま下行し、胸部大動脈となって胸部に入る。なお下行大動脈(descending aorta)は、胸部大動脈と、その先の腹部大動脈を併せた概念である。
胸部では縦隔を通過しつつ、気管支動脈等を分枝する。
その後最終的に、大動脈は左右2本の総腸骨動脈に分岐して終わる。