La arteria poplítea se ramifica de la arteria femoral. Se localiza en la rodilla y en la parte posterior de la pierna. Su curso se aproxima al canal aductor y al hiato aductor, zonas abiertas distintivas en el interior del muslo.
En su extremo más lejano, se divide en las arterias tibiales anterior y posterior. Durante su curso, la arteria poplítea se ramifica en otros vasos sanguíneos importantes. Entre ellos se encuentran la arteria sural y los distintos tipos de arterias geniculares.
Como principal distribuidor de sangre oxigenada a las regiones que rodean la rodilla, la arteria no es lo mismo que la vena poplítea. Los dos vasos sanguíneos tienen un recorrido similar en estrecha proximidad. Sin embargo, la vena drena la sangre desoxigenada y la traslada hacia arriba en la pierna, hasta la vena femoral. En última instancia, toda la sangre desoxigenada termina en los pulmones y el corazón, antes de recircular hacia el sistema arterial.
La arteria poplítea es palpable (es decir, detectable con la mano). La gente es capaz de encontrarla y utilizarla para contar el pulso en la parte posterior de la rodilla. Si las rodillas están ligeramente flexionadas -a unos 45 grados- el pulso será más fácil de localizar.