A pesar de la gran variedad de músculos diferentes que unen y mueven la estructura esquelética, la anatomía de los músculos esqueléticos es básicamente la misma en todo el cuerpo. Los músculos esqueléticos están formados por células multinucleadas largas que tienen forma cilíndrica. Los músculos casi siempre están unidos directamente a los huesos y, a diferencia de los otros dos tipos de músculos, cardíaco y liso, están bajo control voluntario. Los músculos esqueléticos tienen muchas capas y membranas que protegen y compartimentan sus diversos componentes. Las células multinucleadas también pueden denominarse fibras que se agrupan en haces dependiendo de la acción voluntaria que controlan.
La primera capa de los músculos esqueléticos es la membrana delgada y elástica llamada sarcolema que cubre las células individuales. La función principal del sarcolema es mantener intactos todos los componentes celulares, de la misma manera que funciona la membrana celular en otras células del cuerpo. Dentro del sarcolema, el líquido de las células musculares, o sarcoplasma, contiene pl, el miofibril. Cada fibra individual contiene numerosas miofibrillas, que son cadenas de proteínas que recorren toda la longitud de la fibra muscular. Estas estructuras se colocan una al lado de la otra y son responsables de alargar y contraer el músculo a la señal del sistema nervioso central (SNC).
Las miofibrillas se pueden diseccionar aún más en otro componente que está más directamente involucrado en la contracción y el alargamiento de la fibra, el sarcómero. Los sarcómeros actúan como pequeñas cadenas de tejido contráctil que se alinean de extremo a extremo a lo largo de la miofibrilla. A nivel microscópico, el miofibril está compuesto por una cadena de proteína aún más fina llamada miofilamento. Las proteínas miofilamento están compuestas de hebras oscuras, o bandas anisotrópicas (A), y hebras claras, o bandas isotrópicas (I); Las proteínas de colores contrastantes son las que dan al músculo esquelético su aspecto estriado. Las bandas A y I del miofilamento también son responsables del metabolismo del trifosfato de adenosina (ATP) que inicia la contracción muscular.
A nivel macroscópico, los músculos esqueléticos están compuestos por una variedad de capas. El más externo se llama epimisio, y protege los músculos esqueléticos de la fricción dañina que podría ocurrir cuando se mueven contra otros músculos y huesos. El epimisio es un componente particularmente importante en la anatomía de los músculos esqueléticos porque, junto con otros tejidos conectivos, forma el tendón muscular. El tendón muscular es la «cuerda» fibrosa y fuerte que evita que los músculos se deslicen de sus puntos de fijación en los huesos.