En 1543, Vesalio publicó en Basilea su obra en siete volúmenes De humani corporis fabrica (Sobre la estructura del cuerpo humano), una innovadora obra de anatomía humana que dedicó a Carlos V y que fue ilustrada por Jan Stephen van Calcar, discípulo de Tiziano. Pocas semanas después publicó una edición compendiada, para uso de estudiantes, Andrea Vesalii suorum de humani corporis fabrica librorum epitome, que dedicó al príncipe Felipe, hijo y heredero del emperador.
La obra destaca la importancia de la disección y de lo que en adelante se llamó la visión "anatómica" del cuerpo humano. El término que utilizó para titular su libro, "Fabrica", tiene connotaciones arquitectónicas. En su descripción parte de los huesos, ligamentos y músculos, que fundamentan la estructura corporal, para pasar a estudiar luego los sistemas conectivos o unitivos (vasos sanguíneos y nervios) y los sistemas que impulsan la vida. De los siete libros de que consta la obra, el primero trata de los huesos y cartílagos; el segundo de los músculos y ligamentos; en el tercero se describen las venas y arterias; en el cuarto los nervios; en el quinto, los aparatos digestivo y reproductor; en el sexto el corazón y los órganos que le auxilian como los pulmones; el séptimo y último está dedicado al sistema nerviosos central y a los órganos de los sentidos. Su modelo anatómico contrasta poderosamente con los vigentes en el pasado.
Además de realizar la primera descripción válida del esfenoides, demostró que el esternón consta de tres partes y el sacro de cinco o seis; y describió cuidadosamente el vestíbulo en el interior del hueso temporal.
