主动脉弓位于胸骨柄下半的后方，在右侧第2胸肋关节的后方起自升主动脉上端，由右前方弯向左后方，达第4胸椎体下缘的左侧移行于胸主动脉。弓的上缘可达胸骨柄中份或稍上方，下缘平胸骨角。主动脉弓上缘发出三大分支，即头臂干、左颈总动脉和左锁骨下动脉。
主动脉三大分支的前方的左头臂静脉，主动脉弓的下方是肺动脉权、左主支气管、动脉韧带及其左侧的左喉返神经和位于韧带右侧的心神经浅丛。主动脉弓的左前方有肺、胸膜、左膈神经、心包膈血管、左迷走神经和颈交感神经节发出的心支。弓的右后方由前向后的排列是气管、食管、左喉返神经、胸导管及心神经深丛。