眶内段是指巩膜后孔至视神经骨管前口之间部分的视神经。
筛板后视神经变粗，直径可达3～4mm。在该段内，少突神经胶质细胞占全部间质细胞的2/3，同时其参与了该段神经轴突髓鞘的形成，而在周围神经，与少突胶质细胞起同样功能的却是Schwann氏细胞。因此视神经被认为是与脑白质束相似的组织而与周围神经结构相异。眶内段及管内段视神经均含有发育良好的间隔系统，这种间隔系统来源于软脑膜。软脑膜呈直角由外向神经组织内扩展并将神经组织分割成彼此平行且大小不一的柱状结构。星形胶质细胞与该软脑膜隔关系密切。同时对神经轴突起着支持和营养作用。
在球后约1cm处，眼动脉的一主要分支在视神经下方穿过硬脑膜壳而进入视神经，后在视神经中央前行并在视乳头表面出现形成视网膜中央动脉。多数情况下，中央动脉并不供给筛板前视乳头部分的血液，该部分主要由不完整的Zinn-Haller二氏动脉环供血，而该动脉环的血液来源于后睫状动脉、软脑膜动脉网及视乳头旁的脉络膜。因此，视乳头的血供主要来源于脉络膜及后睫状动脉。
眶内段视神经长约25～30mm。而正常情况下，自球后到眶尖的距离约为20mm。因此眶内段视神经向后走行过程中呈蜿蜒曲折状，这种形态与眼球的自由运动有关。
在眶尖部，视神经向后穿过总睫环，因此在该处视神经鞘与起始于该环的肌肉及穿越其中的神经关系密切。