Valtimoiden anatomia viittaa kehon valtimoiden kokoonpanoon. Tämä kokoonpano on erilainen eri lajien eläimille, vaikka valtimoiden anatomiassa on usein eroja saman lajin eri jäsenten välillä. Valtimot ovat osa sydän- ja verisuonijärjestelmää ja ne ovat verisuonia, jotka kuljettavat verta pois sydämestä.
Nisäkkäillä, mukaan lukien ihmiset, veri poistuu sydämestä joko oikean tai vasemman kammion kautta. Oikean kammion haarautuva valtimo tunnetaan keuhkovaltimona ja lähettää hapettoman veren sydämestä keuhkoihin. Suhteellisen lyhyt etäisyys sydämen ja keuhkojen välillä tarkoittaa, että tämän sydämen puolen ei tarvitse työskennellä niin kovasti, että veri siirretään määränpäähänsä. Kun veri saavuttaa keuhkot, se kerää happea ja palaa takaisin sydämeen keuhkojen laskimoiden kautta.
Kun happipitoinen veri palaa sydämeen, se poistuu jälleen vasemman kammion kautta. Suurin valtimoista, aortta, haarautuu sydämen tältä puolelta. Aortta on yksi tärkeimmistä valtimoista, koska se kuljettaa suurimman määrän verta. Tämän valtimon vaurioituminen voi helposti johtaa organismin kuolemaan.
Aortta lähettää verta käsivarsiin ja päähän kolmen sydämen yläpuolella olevan aorttakaaren aukon kautta. Keskimmäinen haara lähettää verta ylös kaulavaltimon vasemman haaran kautta, joka kulkee kaulan sivua pitkin ja aivoihin asti. Aortasta poistuva oikea haara lähettää verta oikeaan kaulavaltimoon ja oikeaan käsivarteen. Vasen haara ohjaa verta vasempaan käsivarteen.
Kun veri on siirretty kehon yläosiin, aortta kaartuu sydämen päälle ja ulottuu alas vatsaan. Sieltä vatsan valtimot ohjaavat verta jalkoihin ja sisäelimiin. Iliaaliset valtimot nousevat aortan alapuolelta ja toimittavat verta sukupuolielimiin ja jaloihin. Nämä valtimot ovat halkaisijaltaan suuria ja kapeutuvat merkittävästi laskeutuessaan jalkojen läpi.
Valtimoiden anatomiassa pienemmät verisuonet haarautuvat suuremmista ja lopulta kapenevat kapillaareiksi. Nämä verisuonet ovat vain niin suuria, että yksi verisolu kerrallaan puristuu läpi. Tässä vaiheessa valtimoiden anatomiasta tulee suonien anatomia sen jälkeen, kun veri on palautettu sydämeen.