人体的器官均需要血液的供应，因为血液中有供应器官生命的营养和氧气，并且血液可以把器官代谢产生的代谢物带走，而血液就是由血管进行运输的。肾脏动脉是把含有氧气的动脉血输送给肾脏，肾静脉则是把肾脏用过的血液带出肾脏。肾动脉、肾静脉、肾盂以及相关进出肾脏的结构被结缔组织包裹，统称为肾蒂。
图1：深红色为肾动脉；蓝色为肾静脉，浅红色为肾盂输尿管。
肾动脉
肾动脉是腹主动脉的分支，分支处在平L1和L2椎体之间。由于腹主动脉偏左，下腔静脉偏右，因此右肾动脉更长，并且从下腔静脉后面穿过。
肾动脉从主动脉分出后，仍然会继续产生分支，用于滋养肾上腺、肾盂和近端输尿管。肾动脉主干进入肾门后，会分成彼此独立无吻合的段动脉分支，分别营养肾脏的不同区域。因此，肾段动脉出现梗阻或损伤将导致节段性肾梗死，而不是全肾脏的梗死。
图2：肾动脉分支供应肾脏的不同区域
肾动脉通常可以分为前干和后干。前干大致供应前 2/3的肾，后干供应后1/3的肾。通常情况下（不考虑血管变异），前干分为四个肾段动脉分支∶尖部、上部、中部和下部；后支肾段动脉是肾动脉分出的第一支，也是最恒定的分支（变异度低），它在进入肾门之前就从肾动脉发出。从后干发出的后段动脉是从肾盂后侧进入肾脏实质的，而其他肾段动脉是从肾盂前方进入。如果后段动脉分支从输尿管前方走形，可能导致肾盂输尿管连接部梗阻（ UPJO）。
肾脏的血管变异是很常见的，据统计25%～40%的肾脏存在肾血管的解剖学变异。肾动脉数量是最常见的变异，其中左侧更为常见。肾动脉从腹主动脉分出后，在进入肾门之前提前发出分支。有些变异还可能从 T1和L4 见的椎体位置间分出，直接供应肾脏。少数情况，也可能起源于骼动脉或肠系膜上动脉。据统计有25%～28%的患者存在这种副肾动脉，并且被认为是肾特定区域唯一的动脉供应，可供应肾下极，偶尔供应肾上极区域。这些变异通常在正常人身上并无害处，但在手术患者身上则具有意义，术前应当仔细评估，如肾移植、肾切除等，避免术中大出血。
在肾后段动脉和前段动脉之间，即肾外后侧的区域，存在纵向的无血管平面（Brodel线），沿该平面切开肾，出血减少。这个区域也成为很多肾脏手术的入路选择，可以减少肾脏出血，例如经皮肾穿刺时，沿Brodel线的后组盏可作为穿刺的首选；非萎缩性肾切开取石，也可从这个无血管平面切开。
该平面的位置也会存在个体差异，个别情况下，需要通过术前血管造影或术中肾段动脉注射亚甲蓝进行鉴定。
肾动脉在进入肾窦之后，每个段动脉继续分出叶动脉，叶动脉进入肾实质后进一步分出叶间动脉，叶间动脉经过肾柱向肾外周延伸，于皮髓交界的肾锥体底部形成弓状动脉。这些小叶间动脉从弓状动脉发出后呈放射状分布，最终形成肾小球动脉，包括其中的入球小动脉和出球小动脉。每个入球小动脉形成一个肾小球，人体大约共有200万个肾小球（单侧肾约100万个）。血液在经过肾小球之后会被滤过，而滤过液离开动脉系统后收集于肾小囊（Bowman囊），形成原尿，原尿经过肾小管、集合管等结构的重吸收和分泌之后形成最终的尿液。血液通过肾小球传出动脉从肾小球回流，然后在肾皮质中的肾小管周围的二级毛细血管网络或直小血管下降到肾髓质中。
供应肾的动脉逐级分为∶肾动脉肾段动脉叶间动脉弓状动脉小叶间动脉入球小动脉肾小球出球小动脉。
肾静脉
肾静脉的作用和其他器官静脉类似，主要就是回流肾脏的血液，在肾脏内有广泛的静脉丛回收血液，最后汇合成肾静脉回流到下腔静脉。肾的静脉回流有广泛的侧支静脉循环，因此肾段静脉分支发生梗阻闭塞等，其对肾静脉回流的影响很小。
肾小球毛细血管汇合成小叶间静脉，而小叶间静脉是通过星状静脉的包膜下静脉丛与肾周静脉自由形成的交通支。小叶间静脉继续汇合逐级形成弓状静脉、叶间静脉、叶静脉和肾段静脉，分别与相应的动脉伴行，最后三至五支肾段静脉最终汇合形成肾静脉。
图3：左肾静脉回流及侧支循环
下腔静脉更偏右，因此左右肾静脉的长度不同，右肾静脉长 2～4cm，左肾静脉长 6～10cm。左肾静脉同时还接收左肾上腺静脉和左性腺（睾丸或卵巢）静脉的回流，这也是左侧精索静脉曲张曲张后导致男性不育的一个原因，肾上腺相关的激素及代谢物会通过左性腺静脉影响性腺。
左肾静脉会从肠系膜上动脉和主动脉前方之间的锐角穿过，如果夹角过小，则会影响左肾静脉的回流，从而出现胡桃夹综合征，这也是左侧精索静脉容易更容易出现曲张的原因之一，这种情况更容易出现在瘦长体型的青少年中。
左肾静脉还可以接收腰静脉的回流，在左肾静脉的外科手术操作过程中，有腰静脉撕裂的可能。
在血管变异方面，副肾静脉也有一定的比例发生，左侧通常位于主动脉后，而右侧出现副肾静脉的概率更高。左肾静脉系统最常见的变异为环主动脉型左肾静脉，发生比例为2%～16%。表现为左肾静脉分叉成环绕腹主动脉的腹侧和背侧的侧支。在主动脉后方的左肾静脉，单根左肾静脉从主动脉后方穿过并汇入下腔静脉的腰段。