股直肌的起点在大腿根部外侧、髂骨前下方的髂前下棘和髋臼上缘，止点在胫骨上端前面的胫骨粗隆。股直肌是大腿前面中部较浅的一块肌肉，是股四头肌四个头之一。

股直肌是双羽状肌，两头以锐角连结扩大成肌腹，继之缩为窄而厚的腱。与股内侧肌、股外侧肌和股中间肌联合形成一总腱，附着于髌骨上缘和侧缘，向下延续为髌韧带。

股直肌的主要营养血管为旋股外侧动脉降支的股直肌支，血管沿股直肌内侧缘下行，约在腹股沟韧带中点下方8cm处。而支配股直肌的神经来自股神经后束，平均长度为15±0.6mm，平均外径为1.8±0.4mm。

股直肌是股四头肌中唯一的双关节肌，跨过髋关节和膝关节，所以可以屈髋和伸膝。同时它是四块中主要的屈髋肌之一，腿部固定时，它可以使骨盆前倾。另外，股直肌还有帮助协调步态，并维持髋关节和膝关节的稳定的左右。

由于股直肌位于大腿前面，容易遭受碰撞和打击，弹跳、起跑和跑步时跪地跌倒，以及蹲举杠铃等，均会使大腿肌肉猛烈收缩和过度牵拉，也容易使股直肌发生劳损，引起股直肌的劳损性病变。建议平时锻炼、运动时，做好运动前的热身准备，避免股直肌出现拉伤、痉挛等情况。