Koło Willisa to koło tętnicze mózgu (łac. circulus arteriosus cerebri). Jest ono położone na powierzchni dolnej mózgowia, gdzie obie tętnice szyjne wewnętrzne i tętnica podstawna zespalają się ze sobą za pośrednictwem tętnic łączących oraz gałęzi końcowych.
Koło tętnicze otacza struktury podwzgórza takie jak skrzyżowanie wzrokowe, ciała suteczkowate i guz popielaty.
Od przodu koło tętnicze jest utworzone przez prawa i lewą tętnicę przednią mózgu, które są połączone tętnicą łączącą przednią. Tylną część koła Willisa tworzy tętnica tylna mózgu, która jest parzysta. Tętnica szyjna wewnętrzna znajduje się po stronie bocznej mózgu. Z tętnicą tylną zespala ją tętnica łącząca tylna mózgu.
Koło Willisa umożliwia krążenie poboczne mózgu pomiędzy głównymi tętnicami mózgowia. W przypadku zamknięcia którejś z nich przez proces chorobowy istnieje możliwość dopływu krwi z innych tętnic.