Podłożem anatomicznym choroby dużych naczyń jest miażdżyca tętnic, w mniejszym stopniu stwardnienie tętniczek oraz stwardnienie tętnic typu Monckeberga. Zmiany te nie są swoiste dla cukrzycy, są jednak w tej chorobie znacznie częstsze, występują wcześniej, są bardziej nasilone i częściej są przyczyną inwalidztwa lub przedwczesnej śmierci. Są one szczególnie powszechne wśród chorych z cukrzycą typu 2, zwłaszcza osób starszych, jednak występują także w każdej długotrwałej cukrzycy: co trzeci chory z długo trwającą cukrzycą typu 1 umiera na zawał mięśnia sercowego. Mimo niewielkich różnic w umiejscowieniu najbardziej zaawansowanych zmian miażdżycowych i stwardnieniowych tętnic pomiędzy chorymi na cukrzycę a ludźmi bez cukrzycy obraz kliniczny tych zmian jest w obu populacjach podobny. Głównymi jednostkami klinicznymi choroby dużych naczyń są: choroba niedokrwienna serca, choroba naczyniowa mózgu i choroba naczyniowa nóg.