Die A. carotis interna (ACI) ist der hintere Ast der »Communis«. Nach der Teilung im Trigonum caroticum zieht sie neben der Pharynxwand nach oben und gelangt über den Canalis caroticus des Schläfenbeins und durch das Foramen lacerum (lacer = zerrissen) in die mittlere Schädelgrube. Dort liegt sie im Sulcus caroticus des Keilbeinkörpers, umgeben vom Sinus cavernosus. Die ACI taucht dann an der Medialseite des Prc. clinoideus ant. auf , durchbohrt die Dura mater und teilt sich in mehrere Äste (A. ophthalmica, A. choroidea anterior, A. communicans posterior, A. cerebri anterior, A. cerebri media ). Aufgrund der klinischen Bedeutung wird die ACI in mehrere Abschnitte eingeteilt: Pars cervicalis, petrosa, cavernosa, und cerebralis.Am Hals gibt die ACI keine Äste ab. Im Kanal ist die ACI von einem venösen Geflecht umgeben, welches ihr pulsatorische Schwankungen erlaubt. Während dieses Verlaufs bildet dieses Gefäß mehrere Krümmungen. Die s-förmige Krümmung nach dem Durchtritt durch den Can. caroticus neben dem Türkensattel bezeichnet man als Karotissiphon. Die ACI versorgt wesentliche Teile des Gehirns, die Hypophyse, Orbita mit Auge, Plexus choroideus. Mangeldurchblutung bzw. Verschluß der ACI führt bei unzureichender Kollateralverbindung im Circulus arteriosus zu Halbseitenlähmung der Gegenseite, zu Sehstörungen und – falls die dominante Hirnhälfte betroffen ist - auch zu Aphasie (Karotis-Syndrom ).