巴拿马运河位於北纬9°，北美大陆分水岭在该处剧降至其最低点之一。运河并不是如一般人所想像的由东向西横过地峡。而是在大西洋一侧科隆(Colon)的入口向南通过加通水闸(Gatun Locks)进到加通湖的最宽处；然後急转向东，沿一条大致向东南的航道到达太平洋一侧的巴拿马湾。其位於巴尔博亚(Balboa)附近之终点在科隆附近之起点的东南，相距约40公里(25哩)。与运河平行的交通设施有巴拿马运河铁路和博伊德-罗斯福公路(Boyd-Roosevelt Highway)。
船只从大西洋通过运河到太平洋时，先经由利蒙湾(Limon Bay)内长约11公里的进口航道到达加通水闸。在加通有连续3座水闸将船只升高26公尺(85呎)，进入加通湖。加通湖系由查格雷斯河(Chagres River)上的加通水坝拦蓄而成，湖水源自阿拉胡埃拉湖(Alajuela Lake, 又名马登湖〔Lake Madden〕；由马登水坝拦蓄而成)，面积425平方公里(164平方哩)，水深14～26公尺(46～85呎)不等，至甘博阿(Gamboa)长约37公里(23哩)。切穿大陆分水岭的盖拉德人工渠(Gaillard Cut, 又名库莱布拉水道〔Culebra Cut〕)就是从甘博阿开始的。这条人工渠平均水深约13公尺(43呎)，延伸约13公里(8哩)至佩德罗米格尔水闸(Pedro Miguel Locks)。佩德罗米格尔水闸将船只降低9公尺(30哩)，巴拿马运河的地理特征
进入高於海平面16公尺(52呎)的米拉弗洛雷斯湖(Mirafles Lake)。船只通过一条长约2公里(1哩)的水道，在米拉弗洛雷斯由两级水闸降低至海平面。运河的最後一段是挖掘而成的进口航道，长约11公里(7哩)，船只经此进入太平洋。运河全程的底宽至少150公尺(500呎)；在加通湖，航道的宽度不等，介於150公尺(500呎)至300公尺(1,000呎)之间，而在米拉弗洛雷斯湖段航道宽度为225公尺(740呎)。
水闸 在巴拿马运河太平洋一侧的佩德罗米格尔水闸
运河的水闸靠加通湖、阿拉胡埃拉湖和米拉弗洛雷斯湖等各湖的重力水流运作，这些湖的湖水是由查格雷斯河及其他几条河流入的。各水闸的长度、宽度和深度均一致。每组水闸都是成对的，船只可以双向同时通过。每一座闸门有两扇，宽20公尺(65呎)，厚2公尺(6.5呎)，固定在铰链上。门的高度为14～25公尺(46～ 82呎)不等；门扇由安装在闸墙凹处的电动机驱动。门扇的开合则由坐落在成对船闸闸墙上的控制塔操控，闸室的充水和放水也由控制塔操控。闸室长300公尺(1,000呎)，宽33公尺(110呎)，深12公尺(40呎)。
由于水闸机械装置精巧易损，故只允许小船以自身的动力驶过水闸。稍大的船只须靠运行於闸壁顶部齿轨上的电动机车牵引通过水闸。船只在进入水闸之前，必须经过一道在入口两壁间拉直的防护链。如果一切进行得恰当无误，防护链就会落入水道底部的凹槽内。万一船只行驶太快，为安全起见，防护链就会张紧，於是船只就会撞上防护链。此时，由闸壁上的液压装置控制的防护链会自动松开，慢慢放出，直到把船只拦截停住。如果船只脱出了牵引机车的牵引，冲破防护链，越过第一道门，15公尺(50呎)外的第二道门就会保护水闸，阻止船只进一步向前。
防波堤
在两边海洋的运河入口航道附近都筑有很长的防波堤。利蒙湾的东、西两面都有防波堤；西面的防波堤保护港口不受大风(gale)侵袭，而东面的防波堤则是为了减少运河航道的淤积。在太平洋这边，自巴尔博亚到3座小岛(瑙斯〔Naos〕、佩里科〔Perico〕和弗拉明哥〔Flamenco〕)筑有堤道，使得从巴拿马城浅水港口流入运河航道的带有软物质的横流改变方向。
