Se encuentra en la parte posterior de la extremidad inferior, la arteria tibial posterior comienza detrás de la rodilla y desciende la pierna hacia la parte posterior del pie. Es una rama de la arteria poplítea y se divide en las arterias plantares medial y lateral del pie, y forma una rama justo debajo de la rodilla llamada arteria peronea o peronea. Las arterias llevan la sangre rica en oxígeno lejos del corazón, por lo que la dirección del flujo sanguíneo en la arteria tibial posterior es hacia abajo. Este vaso es atendido por la vena tibial posterior, que se encuentra en el interior de la arteria y transporta la sangre de regreso a la pierna.
Como una rama de la arteria poplítea, la arteria tibial posterior recibe sangre de este vaso más grande, al igual que su otra rama, la arteria tibial anterior, que irriga la parte delantera de la parte inferior de la pierna. La arteria poplítea se divide en estos dos vasos a la altura del borde más inferior del poplíteo, un músculo que cruza la parte posterior de la rodilla. A poca distancia debajo de este punto, cerca de la parte superior de la pantorrilla, la arteria posterior emite su propia rama, la arteria peronea, que se inclina hacia el exterior de la pierna posterior detrás del hueso peroné.
Desde aquí, la arteria tibial posterior desciende la extremidad detrás del hueso de la tibia, curvándose gradualmente hacia el interior del tobillo. Cruza la articulación detrás del maléolo medial de la tibia, la porción abultada de la parte inferior del hueso visible a lo largo del interior del tobillo. El vaso se encuentra entre el maléolo y el tendón de Aquiles. De hecho, un pulso de la arteria se puede sentir aquí. Junto con los tendones del tibial posterior, el flexor largo de los dedos y los músculos flexores largos del dedo gordo, así como la vena tibial posterior y el nervio tibial, la arteria está unida detrás del tobillo por el retináculo flexor, una banda horizontal de ligamento.
Después de pasar detrás del tobillo, la arteria tibial posterior se divide en dos arterias más pequeñas de la superficie plantar o la parte inferior del pie: las arterias plantares medial y lateral. Esto ocurre debajo del hueso calcáneo o del talón, con la arteria plantar medial dirigida hacia el dedo gordo y la arteria plantar lateral que irriga los cuatro dedos más pequeños. Al igual que la arteria tibial posterior lleva sangre densa en oxígeno y nutrientes a los músculos y tejidos de la parte inferior de la pierna, las arterias plantares irrigan la planta del pie.