Der Arcus palmaris profundus verläuft in der Tiefe der Hohlhand, unter den Sehnen der langen Fingerbeuger. Er liegt unmittelbar über der Basis der Metakarpalknochen, weiter proximal als der Arcus palmaris superficialis.
Er wird vom palmaren Endabschnitt des R. profundus der A. radialis (Hauptzufluss) und vom zumeist dünneren R. profundus der A. ulnaris gebildet.

Aus dem Arcus palmaris profundus gehen die Aa. metacarpeae palmares ab, die in die Aa. digitales palmares communes oder aufgeteilt in die Aa. digitales palmares propriae münden. Durch Rr. perforantes stehen sie mit den dorsalen Arterien in Verbindung.

Der Daumen hat mit der A. princeps pollicis eine eigene Versorgung. Sie entspringt entweder aus dem Arcus palmaris profundus oder ist eine Endast des R. profundus a. radialis. In Höhe des Daumengrundgelenkes teilt sie sich in die A. digitalis palmaris pollicis radialis, A. digitalis palmaris pollicis ulnaris und (variabel) A. digitalis palmaris indicis radialis.