Dây thần kinh thị giác là bó sợi trục mang thông tin thị giác từ võng mạc đến não. Mỗi dây thần kinh chứa khoảng một triệu sợi xuất phát từ các tế bào hạch của võng mạc.

Các sợi trục thần kinh rời khỏi mắt tại đĩa thị giác, tạo ra điểm mù nơi không có tế bào cảm thụ ánh sáng. Hai dây thần kinh thị giác gặp nhau tại giao điểm thị giác, nơi các sợi từ nửa phía mũi của mỗi võng mạc bắt chéo sang phía đối diện. Vượt qua giao điểm thị giác, các đường dẫn truyền tiếp tục thành các bó thị giác đến nhân thể gien bên của đồi thị và sau đó đến vỏ não thị giác. Một số sợi cũng đến các nhân não giữa điều khiển phản xạ đồng tử và chuyển động mắt.

Tổn thương dây thần kinh thị giác—do bệnh tăng nhãn áp, viêm nhiễm hoặc chấn thương—gây ra mất thị lực không thể khắc phục bằng kính. Mức độ mất thị lực phụ thuộc vào vị trí tổn thương dọc theo đường dẫn truyền thần kinh. Vì dây thần kinh là một phần của hệ thần kinh trung ương, nên nó không dễ dàng tái tạo sau khi bị tổn thương.

Mọi tín hiệu thị giác khi đến não đều truyền đi trước tiên dọc theo dây thần kinh thị giác.