直腸上動脈的體表投影位于肚臍下方兩橫指，腸系膜上動脈向下發出左結腸動脈之后即為直腸上動脈。直腸上動脈再向下延續則為直腸下動脈，并且二者存在吻合支。所以直腸上動脈位于腹腔內部，在肚臍到恥骨聯合之間。由于位置通常較為固定，所以直腸上動脈為直腸手術中較為重要的解剖標志。比如在進行直腸癌以及直腸切除手術等，需要尋找到直腸上動脈，并且分離、清掃周圍淋巴結。