肠系膜上动脉的结构较为复杂，其分支包括胰十二指肠下动脉、空肠动脉和回肠动脉、回结肠动脉、右结肠动脉、中结肠动脉，具体如下：
1、胰十二指肠下动脉
行于胰头和十二指肠之间，分为前后支与胰十二指肠上动脉的前后支吻合。
2、空肠动脉和回肠动脉
共13-18条，由肠系膜上动脉的左侧壁发出，行于肠系膜内，反复分支吻合形成多级动脉弓，由最后一级弓发出直行小支进入肠壁，分布于空肠和回肠。分布于空肠的动脉弓多为1-3级，分布于回肠的动脉弓多为3-5级。
3、回结肠动脉
为肠系膜上动脉右侧壁发出的最下一条分支，斜向右下至盲肠附近。其中至阑尾的分支称阑尾动脉，经回肠末端的后方进入阑尾系膜。
4、右结肠动脉
在回结肠动脉的上方发出，向右行，发出升降支分别与中结肠动脉和回结肠动脉吻合，分支至升结肠。
5、中结肠动脉
在胰下缘的附近起于肠系膜上动脉，向前并稍偏右侧进入横结肠系膜，分为左、右支分别与左、右结肠动脉相吻合。