Die Arteria tibialis posterior befindet sich an der Rückseite der unteren Extremität und beginnt hinter dem Knie und führt das Bein zum Fußrücken hinab. Es ist ein Ast der A. poplitea und teilt sich im Fuß in die mediale und laterale Plantararterie auf und bildet einen Ast direkt unter dem Knie, der als Fibula- oder Peronealarterie bezeichnet wird. Arterien transportieren sauerstoffreiches Blut vom Herzen weg, sodass der Blutfluss in der Arteria tibialis posterior nach unten gerichtet ist. Dieses Gefäß wird von der V. tibialis posterior begleitet, die an der Innenseite der Arterie liegt und das Blut zurück zum Bein transportiert.
Als Zweig der A. poplitea erhält die A. tibialis posterior Blut aus diesem größeren Gefäß, ebenso wie ihr anderer Ast, die A. tibialis anterior, die die Vorderseite des Unterschenkels versorgt. In diese beiden Gefäße teilt sich die A. poplitea in Höhe des untersten Randes des Popliteus, einem Muskel, der die Kniekehle kreuzt. Etwas unterhalb dieses Punktes in der Nähe der Wade gibt die A. posterior ihren eigenen Ast ab, die A. peroneus, die hinter dem Wadenbein zur Außenseite des Hinterbeins hin abgewinkelt ist.
Von hier aus führt die Arteria tibialis posterior die Extremität hinter dem Tibiaknochen abwärts und krümmt sich allmählich zur Innenseite des Knöchels. Es kreuzt das Gelenk hinter dem Innenknöchel der Tibia, dem vorgewölbten Teil des Knochenbodens, der entlang der Innenseite des Knöchels sichtbar ist. Das Gefäß liegt zwischen dem Malleolus und der Achillessehne. Tatsächlich ist hier ein Puls aus der Arterie zu spüren. Zusammen mit den Sehnen des M. tibialis posterior, des M. flexor digitorum longus und des M. flexor hallucis longus sowie der V. tibialis posterior und dem N. tibialis wird die Arterie hinter dem Knöchel vom M. flexor retinaculum, einem horizontalen Band, gebündelt.
Nach dem Passieren hinter dem Knöchel teilt sich die Arteria tibialis posterior in zwei kleinere Arterien der Plantarfläche oder Unterseite des Fußes: die mediale und laterale Plantararterie. Dies geschieht unter dem Fersenbein oder Fersenbein, wobei die A. plantaris medialis in Richtung des großen Zehs und die A. plantaris lateralis die vier kleineren Zehen versorgt. So wie die Arteria tibialis posterior den Muskeln und Geweben des hinteren Unterschenkels sauerstoff- und nährstoffreiches Blut zuführt, versorgen die Plantararterien die der Fußsohle.