Den menneskelige hjerne er centrum af det menneskelige nervesystem og er et meget komplekst organ. Den er indkapslet i kraniet og har den samme generelle struktur som hjernen hos andre pattedyr, men er over tre gange så stor som hjernen hos et pattedyr med tilsvarende kropsstørrelse. Det meste af udvidelsen kommer fra hjernebarken, et snoet lag af nervevæv, der dækker overfladen af forhjernen. Især frontallapperne, som er involveret i eksekutive funktioner såsom selvkontrol, planlægning, ræsonnement og abstrakt tænkning, er udvidet. Den del af hjernen, der er afsat til synet, er også kraftigt forstørret hos mennesker.
Hjernens udvikling, fra de tidligste spidsmuslignende pattedyr over primater til hominider, er kendetegnet ved en støt stigning i encephaliseringen, eller forholdet mellem hjernens og kroppens størrelse. Den menneskelige hjerne er blevet anslået til at indeholde 50-100 milliarder (1011) neuroner, hvoraf ca. 10 milliarder (1010) er kortikale pyramidale celler. Disse celler sender signaler til hinanden via ca. 100 billioner (1014) synaptiske forbindelser.
Trods det faktum, at den er beskyttet af kraniets tykke knogler, svæver i cerebrospinalvæske og er isoleret fra blodbanen af blod-hjernebarrieren, gør den menneskelige hjernes sarte natur den modtagelig for mange typer skader og sygdomme. De mest almindelige former for fysiske skader er lukkede hovedskader som f.eks. slag mod hovedet, slagtilfælde eller forgiftning med en lang række kemikalier, der kan virke som neurotoksiner. Infektioner i hjernen er sjældne på grund af de barrierer, der beskytter den, men de er meget alvorlige, når de forekommer. Mere almindelige er genetisk betingede sygdomme, såsom Parkinsons sygdom, multipel sklerose og mange andre. En række psykiatriske tilstande, såsom skizofreni og depression, menes i vid udstrækning at være forårsaget i det mindste delvist af dysfunktioner i hjernen, selv om arten af sådanne hjerneanomalier ikke er velforstået.