ประสาทกายวิภาคศาสตร์ (อังกฤษ: Neuroanatomy) เป็นสาขาหนึ่งของวิชากายวิภาคศาสตร์ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการจัดเรียงโครงสร้างทางกายวิภาคของระบบประสาท ซึ่งในสัตว์มีกระดูกสันหลังจะประกอบเส้นประสาทจำนวนมากที่กระจายตัวจากสมองไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกาย รวมทั้งโครงสร้างภายในของสมองซึ่งมีความซับซ้อนมาก การศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์จึงมีการพัฒนาอย่างเป็นระเบียบในตัวมันเอง และยังเป็นสาขาวิชาที่มีการศึกษาเป็นพิเศษในวิชาประสาทวิทยาศาสตร์ การอธิบายความแตกต่างของโครงสร้างและส่วนของสมองจะเน้นไปถึงการศึกษาการทำงานของมัน ดังเช่นการศึกษาของนักประสาทวิทยาศาสตร์จะมาจากการศึกษาความผิดปกติ (damage หรือ lesion) ของสมองในแต่ละส่วนว่ามีผลอย่างไรต่อพฤติกรรมหรือการทำงานของประสาท