Động mạch cánh tay đi ở phần trong ngăn trước (ngăn cơ gấp) của cánh tay dọc bờ trong cơ nhị đầu cánh tay (cơ tùy hành của động mạch). Phần trên, động mạch nằm trong ống cơ-mạc (thường được gọi là ống cánh tay), với các giới hạnː

• Ở ngoàiː cơ quạ - cánh tay, cơ nhị đầu cánh tay
• Ở trongː da, mạc cánh tay
• Ở sau trênː vách gian cơ trong
• Ở sau dướiː cơ cánh tay

Phần dưới, động mạch nằm trong rãnh nhị đầu trong với các giới hạnː

• Ở trướcː cân cơ nhị đầu
• Ở sauː cơ tam đầu
• Ở ngoàiː gân cơ nhị đầu
• Ở trongː cơ sấp tròn

Có hai tĩnh mạch cánh tay đi kèm hai bên của động mạch. Chúng là hai tĩnh mạch sâu của cẳng tay.

Các dây thần kinh của đám rối thần kinh cánh tay ban đầu quây quanh động mạchː thần kinh trụ và thần kinh bì cẳng tay trong nằm trong động mạch khi đi xuống thì xa dần, chỉ có thần kinh giữa thì trung thành với động mạch trong suốt cánh tay. Thần kinh giữa ở trên nằm phía trước ngoài động mạch, sau đó bắt chéo trước động mạch để xuống dưới nằm phía trong động mạch.