瞳孔开大肌主要由交感神经支配。瞳孔的大小可以根据外界环境的光线强弱进行调节，这是一种反射，称为瞳孔对光反射。瞳孔对光反射的通路如下：视网膜→视神经→视交叉→两侧的视束→上丘臂→顶盖前区→两侧的动眼神经副核→动眼神经→睫状神经节→节后纤维→瞳孔括约肌和瞳孔开大肌。
当光线进入眼内时，视网膜感光细胞产生的神经冲动，经视神经、视交叉、视束传导至顶盖前区，在此换神经元后，发出纤维到双侧动眼神经副核，再经动眼神经中的副交感神经纤维，到达瞳孔括约肌和瞳孔开大肌，引起瞳孔括约肌收缩，瞳孔缩小；同时，使瞳孔开大肌兴奋，引起瞳孔开大。
因此，支配瞳孔开大肌的神经是交感神经。