膝の後側で膝窩動脈から起こり、大腿骨内側上顆の上を内側に向かって真横に走る動脈で、膝関節動脈網を形成する。 内側上膝動脈は２本に分かれ、一つは下行膝動脈と内側下膝動脈と吻合して内側広筋に分布する。もう一つの枝は、大腿骨を前方に回って外側上膝動脈と吻合し、膝関節と大腿骨の遠位部に分布する。