Koło tętnicze mózgu, także koło tętnicze Willisa (łac. circulus arteriosus cerebri) - układ tętnic zaopatrujących mózgowie, leżących na jego podstawie. Alternatywna nazwa pochodzi od nazwiska angielskiego lekarza z XVII wieku, Thomasa Willisa.
Na koło składają się (patrz schemat obok):
Tętnica podstawna i środkowa mózgu, mimo że zaopatrują mózgowie, nie są uważane za składowe koła tętniczego.
Ułożenie tętnic mózgu w koło tętnicze przeciwdziała niedokrwieniu mózgowia, ponieważ nawet w przypadku zwężenia lub zatoru jednej z nich krew nadal jest rozprowadzana dzięki pozostałym naczyniom. Tkanka nerwowa jest jednak bardzo wrażliwa na niedotlenienie i dlatego podwiązanie na stałe już jednej tętnicy szyjnej wewnętrznej może być niebezpieczne (zwłaszcza u starszych ludzi).
Gałęzie koła tętniczego mózgu zaopatrują całe mózgowie, zawartość oczodołu, okolice nosa oraz część opony twardej.
Koło tętnicze bierze początek z trzech źródeł:
Koło tętnicze cechuje się bardzo dużą zmiennością osobniczą. Najczęściej brakuje tętnicy łączącej przedniej (wtedy tętnice przednie mózgu zespalają się bezpośrednio) lub występuje ona podwójnie; często uwsteczniona jest też tętnica łącząca tylna.