Mózg należy do narządów o intensywnej przemianie materii, dlatego niezbędne jest do tego odpowiednie unaczynienie. Otrzymuje on 15-20% pojemności minutowej serca. Całkowite ustanie dopływu krwi do mózgu powoduje w ciągu 10 sekund utratę świadomości.
Unaczynienie tętnicze mózgu pochodzi z dwóch źródeł: dwóch tętnic szyjnych wewnętrznych oraz dwóch tętnic kręgowych. Tętnice kręgowe łączą się w nieparzystą tętnicę podstawną mózgu. Od tętnicy podstawnej odchodzą gałęzie zaopatrujące móżdżek, most. Z tętnicą podstawną mózgu łączą się dwie tętnice szyjne wewnętrzne tworząc koło tętnicze (Willisa), od którego odchodzą symetrycznie trzy główne tętnice zaopatrujące mózg w krew: tętnice przednie, środkowe i tylne mózgu. Tętnica przednia mózgu zaopatruje w krew m.in. wzgórze, ciało prążkowane, oraz przednią część kory mózgowej. Tętnica środkowa unaczynia również wzgórze, ciało prążkowane, dolną i boczną część, a tętnica tylna mózgu tylną część kory mózgowej.
Naczynia żylne mózgowia pozbawione są zastawek i uchodzą do zatok żylnych opony twardej, skąd odpływają do żyły szyjnej wewnętrznej. Występuje układ żylny głęboki i powierzchowny.