在解剖学中，总颈动脉是负责供应头颈部充氧血最主要的动脉，左总颈动脉直接由主动脉发出，右总颈动脉由头臂动脉干发出。二者在颈部时分叉为外颈动脉和内颈动脉。
左和右总颈动脉位于颈部的两侧，它们来自不同的血管，左总颈动脉直接来自胸腔内的主动脉，右总颈动脉则来自头臂动脉干，虽然来自不同的主干，但在胚胎发育上拥有对称的来源。左和右总颈动脉都会在甲状软骨的上缘分叉为内颈动脉和外颈动脉，对应约为第四颈椎的高度。成年男性和女性的总颈动脉直径约为6.5 mm 和 6.1 mm。
左总颈动脉可被分为两段：胸段和颈段；右总颈动脉因为起源很靠近颈部，所以胸段很短。目前在生医工程的文献上已经试图透过定性和定量的方法观察总颈动脉的几何结构特色。
只有左总颈动脉在胸腔内有显著的一段血管，它从主动脉弓上行穿越纵膈腔，大概到达胸锁关节（英语：Sternoclavicular joint）的高度。
在胸腔内的段落，左总颈动脉和下列构造有关联：在前方，它与胸骨的胸骨柄之间隔着胸骨舌骨肌（英语：Sternohyoid muscle）、胸骨甲状肌（英语：Sternothyroid muscle）、左肺和左肋膜的顶部、左头臂静脉（英语：Brachiocephalic vein）、和残余的胸腺；在后方，它躺在气管、食道、左喉返神经和胸管的上方。
左总颈动脉的右下方是供应右侧头颈部的头臂动脉干；上方则有气管、下甲状腺静脉（英语：Inferior thyroid artery）、和残余的胸腺；左侧为左迷走神经、膈神经（英语：Phrenic nerve）、和肺。左锁骨下动脉在其后方偏外侧的位置。
总颈动脉在颈部的区间左右相似，因此以下的说明两者皆适用。
总颈动脉从胸锁关节的后方往斜上方走，到达甲状软骨的上缘并分为两枝。在下颈部，左右总颈动脉之间被一个狭长的空间分隔，其中含有气管；但到了上方，甲状腺、喉部、和咽部等构造就把两者分得更开了。
总颈动脉被包裹在颈动脉鞘（英语：Carotid sheath）当中，颈动脉鞘源自于深颈筋膜（英语：Deep cervical fascia），并同时围住了总颈动脉外侧的内颈静脉（英语：Internal jugular vein）和位于动脉和静脉之间的迷走神经。把动脉鞘打开后即可看到这三个结构拥有分离的纤维结缔组织包覆。
大约在第四颈椎的高度，总颈动脉分为两枝：内颈动脉和外颈动脉，这两个分枝都会继续往上走，内颈动脉走得较为深层，最后进入颅内并供应脑部；外颈动脉走得比较表层，并分出许多分枝供应颈部和颜面。
在颈部较低的位置，总颈动脉的位置非常深层，它被皮肤、浅颈筋膜（英语：Superficial cervical fascia）、阔肌、深颈筋膜（英语：Deep cervical fascia）、胸锁乳突肌、胸骨舌骨肌（英语：Sternohyoid muscle）、胸骨甲状肌（英语：Sternothyroid muscle）、和肩胛舌骨肌（英语：Omohyoid muscle）所覆盖；在颈部较上方，总颈动脉相对较为表层，只有皮肤、浅颈筋膜、阔肌、深颈筋脉、和胸锁乳突肌的侧缘覆盖它。
当胸锁乳突肌往后缩时，总颈动脉可以在一个称为颈动脉三角（英语：Carotid triangle）的空间中看到，颈动脉三角的后方界限为胸锁乳突肌、上方为茎突舌骨肌（英语：Stylohyoid muscle）和二腹肌（英语：Digastric muscle）的后腹、下方则是肩胛舌骨肌的前腹。
总颈动脉从上甲状腺动脉（英语：Superior thyroid artery）胸锁乳突枝的内侧斜向往上逐渐走到外侧，它也跨过上甲状腺静脉（英语：Superior thyroid vein）和中甲状腺静脉（英语：Middle thyroid vein）（两者都会汇入内颈静脉（英语：Internal jugular vein））。舌下神经的下降枝从颈动脉鞘的前方往下走，和颈神经的一两个分枝并行，并往斜下跨过血管。有时候舌下神经的下行枝也会在颈动脉鞘中。
上甲状腺静脉在总颈动脉末端跨过它，而中甲状腺静脉则在环状软骨下方一点的地方跨过；前颈静脉（英语：Anterior jugular vein）在锁骨上缘跨过总颈动脉，但两者之间隔着胸骨舌骨肌和胸骨甲状肌。
在颈动脉的后方，颈长肌（英语：Longus colli muscle）和头长肌（英语：Longus capitis muscle）把它颈椎分开来，而交感神经干（英语：Sympathetic trunk）则位在它和这两条肌肉中间。下甲状腺动脉（英语：Inferior thyroid cartilage）从动脉下段的后方通过。
在靠内侧的部分，总颈动脉邻近的构造有食道、气管、和甲状腺（盖住总颈动脉），下甲状腺动脉和喉返神经则从外走到总颈动脉内侧，在较上方处的内侧则是咽和喉。在颈动脉鞘中，动脉的外侧为内颈静脉和迷走神经。
在颈部较低处、身体的右侧，右喉返神经从动脉后方斜走过去，而右内颈静脉也从总颈动脉外侧分出；然而在身体左侧，左内颈静脉则会跨过左锁骨下动脉或左总颈动脉的较低处。
在总颈动脉分叉处的后方有一个红棕色的椭圆状物，称为颈动脉体，它和荐中动脉（英语：Median sacral artery）旁边的尾椎体（英语：Coccygeal body）结构类似，颈动脉体可侦测血压，并借由舌咽神经将讯号传回脑干。
在两侧总颈动脉的血液互相连通之后，人体头部的垂直循环系统得以借由颅内和颅外的血管完整建立；另外，锁骨下动脉的一些分枝也共同参与了头颈部的循环。头颅外主要的血管接合由上下甲状腺动脉、深颈动脉、和枕动脉（英语：Occipital artery）下行枝组成；而来自锁骨下动脉的椎动脉（英语：Vertebral artery）则在颅内和内颈动脉形成威利氏环。
右总颈动脉可能从胸锁关节上缘更上方才分枝出来，大约有12%的人有此变异。另外，右总颈动脉也可能独立于头臂动脉干而直接从主动脉分出，或是和左总颈动脉接合在一起。左总颈动脉的源头比右总颈动脉更容易产生变异，大部分的变异是其发源于左头臂动脉干，如果没有这条血管的话，那左右总颈动脉通常是来自于同一个头臂动脉干。另一个少见的情况是，除非主动脉弓异位，左总颈动脉很少会和锁骨下动脉接合。
在大多数的变异中，分叉点会发生在比平常更高的位置，可能在舌骨的高度或甚至更高；分叉位置较低的情况比较罕见，大约在喉部中段或是环状软骨的下缘，在这种情况，总颈动脉只有4 cm长，接着在颈部低处就分叉了。
在非常罕见的情况下，总颈动脉会一直上升而在颈部没有任何分支，也就是没有内颈动脉和外颈动脉出现；在几个案例中也有人没有总颈动脉，内颈和外颈动脉直接由主动脉发出。这些异常状况可能同时发生在两侧，也可能只发生在单侧。
总颈动脉在分叉之前通常不会有其它分枝，但偶然的变异会分枝出上甲状腺动脉、上喉动脉、升咽动脉（英语：Ascending pharyngeal artery）、或下甲状腺动脉（英语：Inferior thyroid artery），更少见的情况是会分枝出椎动脉（英语：Vertebral artery）。
总颈动脉常用来测量脉搏 ，尤其是在更周边的动脉无法侦测到脉搏的休克病患中，此测量此处的脉搏要在甲状腺的上缘、胸锁乳突肌前缘的深处进行触诊。
颈动脉痛（英语：Carotidynia）是指颈动脉接近分叉处的酸痛，在颈部侧面、胸锁乳突肌的前缘会产生压痛。
动脉粥状硬化的人可能会发生颈动脉狭窄（英语：Carotid stenosis）。
颈动脉壁的内膜-中膜厚度（英语：intima-media thickness）是临床表现不明显的动脉粥状硬化的重要指标，它会因年纪增长或长期暴露于空气污染中的悬浮微粒而增加。
核磁共振血管造影
Normal 颈动脉血管造影
总颈动脉
总颈动脉右侧观
肱神经丛和总颈动脉
总颈动脉
总颈动脉
左右总颈动脉