Inicia su recorrido en Calahorra de Ribas, en el término municipal de Ribas de Campos (Palencia), lugar donde se iniciaron las obras del Canal en el año 1753, tomando sus aguas del río Carrión para, después de recorrer 78,5 kilómetros y salvar 21,65 metros de desnivel, finalizar su recorrido en Medina de Rioseco (Valladolid), dejando sus aguas en el río Sequillo y tras recorrer la paramera de la Tierra de Campos y bordear por el norte las tierras de la desecada laguna de La Nava, en Fuentes de Nava (Palencia).

En el término municipal de Paredes de Nava (Palencia), se encuentra el actual despoblado que, en tiempos, constituyó la población de Sahagún el Real (o el Viejo), lugar donde estuvo ubicado el final del Canal entre los años 1836 y 1842.

Su trazado discurre por 13 municipios de la provincia palentina y 3 de la de Valladolid, existiendo a lo largo de su recorrido diversas obras de ingeniería: 7 esclusas, todas rectangulares; 1 esclusa de retención, ovalada; 1 presa sobre el río Carrión; 39 acueductos; 28 puentes y la magnífica dársena de Medina de Rioseco, donde finaliza.