京杭大运河的开凿与演变大致分为3期。
第1期运河
运河的萌芽时期。春秋周敬王三十四年（前486年）开凿邗沟（从江都（今扬州市）邗口至山阳（今淮安市）淮安末口），以通江淮。至战国时代又先后开凿了大沟（从今河南省原阳县北引黄河南下，注入今郑州市以东的圃田泽）和鸿沟，从而把江、淮、河、济四水沟通起来。
第2期运河
主要指隋代的运河系统。以东都洛阳为中心，于大业元年（605年）开凿通济渠，直接沟通黄河与淮河的交通。并改造邗沟和江南运河。大业三年（607年）又开凿永济渠，北通涿郡。连同至德二年（584年）开凿的广通渠，形成多枝形运河系统。到隋炀帝时，为了加强中央集权和南粮北运，开凿京淮段至长江以南的运河，全长2400千米。到元朝时，元定都大都（今北京），必须开凿运河把粮食从南方运到北方。为此先后开凿了三段河道，把原来以洛阳为中心的隋代横向运河，修筑成以大都为中心，南下直达杭州的纵向大运河。京杭大运河按地理位置分为七段：北京到通州区称通惠河，自昌平县白浮村神山泉经瓮山泊（今昆明湖）至积水潭、中南海，自文明门（今崇文门）外向东，在今天的朝阳区杨闸村向东南折，至通州高丽庄（今张家湾村）入潞河（今北运河故道），长82公里；通州区到天津称北运河，长186公里；天津到临清称南运河，长400公里；临清到台儿庄称鲁运河，长约500公里；台儿庄到淮安称中运河，长186公里；淮安到瓜州称里运河，长约180公里；镇江到杭州称江南运河，长约330公里。扬州、淮安是里运河的名邑，隋炀帝时在城内开凿运河，从此扬州、淮安便成为南北交通枢纽，藉漕运之利，富甲江南，为中国最繁荣的地区之一。隋朝时分为四段：（1）永济渠 （2）通济渠 （3）邗沟 （4）江南河。
第3期运河
主要指的是元、明、清阶段。元代开凿的重点段一是山东境内泗水至卫河段，一是大都至通州段。至元十八年（1281年）开济州河，从任城（济宁市）至须城（东平县）安山，长75公里；至元二十六年（1289年）开会通河，从安山西南开渠，由寿张西北至临清，长125公里；至元二十九年（1292年）开通惠河，引京西昌平诸水入大都城，东出至通州入白河，长25公里；至元三十年（1293年）元代大运河全线通航，漕船可由杭州直达大都，成为今京杭运河的前身。元朝时全程可分为七段：（1）通惠河；（2）北运河；（3）南运河；（4）鲁运河；（5）中运河；（6）里运河；（7）江南运河。
京杭大运河示意图
明、清两代维持元运河的基础，明时重新疏浚元末已淤废的山东境内河段，从明中叶到清前期，在山东微山湖的夏镇（今微山县）至清江浦（今淮安）间，进行了黄运分离的开泇口运河、通济新河、中河等运河工程，并在江淮之间开挖月河，进行了湖漕分离的工程。京杭大运河作为南北的交通大动脉，历史上曾起过巨大作用。运河的通航，促进了沿岸城市的迅速发展。目前，京杭运河的通航里程为1442千米，其中全年通航里程为877千米，主要分布在黄河以南的山东、江苏和浙江三省。
京杭大运河北起北京，南到杭州，流经北京、河北、天津、山东、江苏和浙江六省市，全长1794公里，比苏伊士运河长十倍，比巴拿马运河长二十倍，是世界上最长的一条人工开凿的运河。终点，入钱塘江。京杭大运河流经北京市通州区，天津市武清区，河北省廊坊市、沧州市、衡水市、邢台市，山东省德州市、泰安市、聊城市、济宁市、枣庄市，江苏省徐州市、宿迁市、淮安市、扬州市、镇江市、常州市、无锡市、苏州市，浙江省嘉兴市、湖州市、杭州市20个市区。通州古诗云：一支塔影认通州。燃灯塔矗立在大运河的北端，是京门通州的标志性建筑。天津北运河和南运河在天津会师，又在这里被海河一齐送入渤海。据记载，漕运发达时期，从天津到通州的北运河上每年要承载2万艘运粮的漕船，官兵12万人次，连同商船共3万艘。水道的开通使小小的直沽寨很快发展成了远近闻名的“天津卫”。
镇江、扬州长江和京杭大运河的交汇处。聊城湖、河水面积占城区的三分之一，被称为“中国北方威尼斯”，在北方城市里非常少见，这其中就有京杭大运河的功劳。苏州“苏湖熟，天下足”。运河的开通，使苏州水多粮丰。目前京杭大运河苏杭段有客运航线往返。淮安大运河的入淮口，运河东岸古镇码头下便是《西游记》的作者吴承恩的故居。