Die Gefäßwand von Arterien und Venen ist im Wesentlichen recht ähnlich aufgebaut und besteht aus drei Wandschichten, deren Art und Beschaffenheit je nach Funktion variieren kann (Abbildung):

1. Tunica interna: Die innerste Schicht bildet die Tunica interna. Sie besteht aus einer speziellen Epithelschicht, dem Endothel, das aus einer einlagigen Schicht von Plattenepithelzellen besteht. Die Tunica interna ist sehr glatt und steht als einziges Gewebe im direkten Kontakt mit dem Blut. Sie kleidet das Lumen (Gefäßinnenraum) aller Blut- und Lymphgefäße aus und wird zur Gefäßwand hin von einer Proteinmembran, der Basalmembran, stabilisiert. Besonders bei herznahen, elastischen Arterien wird die Tunica interna zudem von einer elastischen Membran, der Membrana elastica interna umgeben. Sie besteht aus elastischen Proteinfasern und ist bei Venen nur schwach ausgeprägt oder nicht durchgängig vorhanden.
2. Tunica media: Die mittlere Schicht oder Tunica media besteht aus glatten Muskelzellen und elastischen Fasern. Sie kann sich durch Muskelbewegungen kontrahieren und so Blutgefäße verengen (Vasokonstriktion) oder durch Muskelentspannung weiten (Vasodilatation). Die Tunica media ist bei Arterien (besonders herzfernen Arterien) stark ausgeprägt, während Venen lediglich über eine relativ schwache Tunica media verfügen. Bei elastischen Arterien, kann die Tunica media zudem von einer elastischen Membran, der Membrana elastica externa, umhüllt werden.
3. Tunica externa: Die Tunica externa ist die äußerste Schicht und besteht aus derben Proteinfasern. Sie ist sehr fest und verankert das Blutgefäß im umliegenden Gewebe. Besonders bei großen Gefäßen (bsp. der Aorta oder dem Truncus pulmonalis) liegen in ihr Nervenfasern des vegetativen Nervensystems (Nervi vasorum), die die Kontraktion der Tunica externa und somit die Durchblutung steuern. Außerdem können in der Tunica externa von großen Blutgefäßen sogenannte Vasa vasorum liegen. Diese sind kleinere Blutgefäße, die die ausgeprägte Gefäßwand mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen.