运动膝关节的肌肉主要有股四头肌、阔筋膜张肌、臀大肌、半腱肌、半膜肌、股二头肌、缝匠肌、腓肠肌等肌肉。其分布部位均在膝关节周围，可大致分为伸膝关节肌肉群、屈膝关节肌肉群以及内外旋膝关节肌肉。
1、伸膝关节肌肉群：主要包括位于大腿前方的股四头肌、位于臀部的臀大肌，和位于大腿外侧的阔筋膜张肌。能伸直膝关节，其中最主要的发力肌肉是股四头肌；
2、屈膝关节肌肉群：主要包括位于大腿内后侧的缝匠肌、半腱肌、半膜肌，以及位于大腿后方的股二头肌，和位于小腿后方的腓肠肌；
3、内外旋膝关节肌肉：膝关节屈曲时，半腱肌、半膜肌、缝匠肌以及股薄肌，能使膝关节在一定程度上内旋，而阔筋膜张肌可使膝关节外旋。
以上肌肉群可在日常生活、运动中运动膝关节，使膝关节既能保持相对稳定，减少对膝关节的磨损，同时又能保证膝关节的灵活性，完成屈伸、旋转等运动，可增强膝关节的功能，提高运动能力。日常需注意保护肌群，避免发生运动损伤。如果有膝关节骨性关节炎发生，以上肌肉群容易出现继发性萎缩。