В эпоху Возрождения анатомия, как и другие науки, шагнула далеко вперед. Особенно большой вклад в анатомию внесли Леонардо да Винчи (1452—1519) и Андрей Везалий (1514—1564). Художник, математик, инженер, Леонардо да Винчи вскрыл 30 трупов и сделал около 800 весьма точных и оригинальных рисунков костей, мышц, сердца и других органов и научно описал их. Он изучил пропорции тела человека, классифицировал мышцы и сделал попытку объяснить их функцию с точки зрения законов механики, описал ряд особенностей детского и старческого организмов. Его рисунки не потеряли исторического и познавательного значения и в наши дни, ибо это первые анатомически верные изображения тела человека, его органов и систем с натуры. Особенно высок уровень его работ по анатомии органов движения. По праву можно сказать, что Леонардо да Винчи первым изучил функциональную анатомию двигательного аппарата.

А. Везалий является основоположником описательной анатомии. Основываясь на изучении трупов, в 1543 г. он издал научный труд «О строении человеческого тела», в котором описал строение органов и систем человека, указал на анатомические ошибки многих анатомов и открыто выступил против ошибочных взглядов Галена. А. Везалий проводил свои исследования благодаря нечастой возможности проводить вскрытие трупов казненных преступников. Однако этого было слишком мало для осуществления задуманных работ. Поэтому он вместе со своими учениками тайно выкрадывал тела умерших, похороненных на кладбище в Падуе. Везалий был придворным врачом императора Карла V, а после и Филиппа II. Однако это не спасло ученого от преследований церкви. Главная заслуга Везалия в том, что он создал подлинно систематическую анатомию человека, которой до него практически не существовало.

Исследования и реформаторский труд А. Везалия способствовали дальнейшему развитию анатомии. Его ученики и последователи в XVI—XVII вв. сделали важные анатомические открытия, уточнения, исправления ранее допущенных ошибок. Ими обстоятельно описаны многие органы тела человека. Г. Фаллопий в «Анатомических наблюдениях» впервые тщательно описал строение многих костей, женских половых органов, мышц, органа слуха, зрения. Б. Евстахий в «Руководстве по анатомии» описал строение надпочечников, зубов, почек, органа слуха, вен, занимался сравнительной анатомией. И. Фабриций изучил строение пищевода, гортани, глаза, описал венозные клапаны и высказал мысль о том, что они направляют ток крови к сердцу и препятствуют ее обратному движению. Фабриций является одним из основоположников эмбриологии и сравнительной анатомии. Голландский врач и анатом Ф. Рюиш усовершенствовал метод бальзамирования трупов, производил инъекции кровеносных сосудов затвердевающими цветными массами и ртутью, собрал коллекцию анатомических препаратов, которую приобрел Петр I.

В XVII—XIX вв. анатомия обогащается все новыми и новыми фактами. В анатомии возникает и успешно развивается функциональное направление. В 1628 г. английский ученый Уильям Гарвей в книге «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных» доказал, что кровь движется по замкнутому кругу. Это выдающееся открытие вызвало ожесточенные нападки современников. В 1751 г. Гарвей в «Исследованиях о зарождении животных» опроверг учение Аристотеля о самозарождении и впервые высказал положение «всякое живое из яйца».

В 1628 г. была опубликована книга К. Азелли, в которой среди прочих анатомических данных описаны лимфатические («млечные») сосуды брыжейки тонкой кишки.

Благодаря усовершенствованию микроскопа А. ван Левенгуком (1632—1723) появилась возможность изучить микроскопическое строение органов и тканей. Левенгук по праву считается основоположником научной микроскопии.

В 1661 Г. М. Мальпиги опубликовал «Анатомические наблюдения над легкими», в которых впервые описал легочные альвеолы и капилляры, являющиеся связующим звеном между артериями и венами легких.

В XVII в. были опубликованы анатомические труды и атласы. В 1685 г. в книге «Анатомия человеческого тела в 105 таблицах, изображенных с натуры» Г. Бидлоо доказал, что нервные стволы состоят из скопления волокон. Во второй половине XVII в. голландец Р. де Грааф обнаружил в яичнике фолликулы. В XVIII в. его соотечественник Б. Альбинус опубликовал труды, иллюстрированные таблицами с изображением костей и мышц, млечных сосудов и непарной вены. Итальянский ученый П. Масканьи изучал строение лимфатических сосудов и издал «Историю и иконографию лимфатических сосудов». Основоположником сравнительной анатомии является Ж. Кювье (1769—1832). Он создал учение о типах животных, в основу которого положил строение нервной системы; сформулировал принцип корреляции частей организма.

Значительную роль в развитии анатомии человека и микроскопической анатомии сыграл труд М. Ф. К. Биша {1771 —1802) «Общая анатомия», в котором впервые было изложено учение о тканях, органах и системах. Тем самым Биша положил начало гистологии. Органы были разделены им на растительные и животные и соответственно этому нервная система — на вегетативную и анимальную. К. М. Бэр (1792—1876) заложил основы эмбриологии. Он открыл яйцеклетку человека и описал развитие ряда органов.