Le bassin Louis-Blanc est supporté par un lit maçonné qui repose sur des pilotis. Quand on décida d'enterrer le canal, il fallut en abaisser le lit, le sous-sol étant gypseux à cet endroit. Il fallut donc couler des piliers de Modèle:Unité de profondeur, tous les Modèle:Unité environ. Mais l'eau a progressivement dissous le terrain et le canal repose désormais sur un vide<ref name="Barrois">Maurice Barrois, La Paris sous Paris, Hachette, 1964, Modèle:P..</ref>.
Le canal Saint-Martin est ensuite couvert sur Modèle:Unité<ref>Quelques ouvertures sont pratiquées dans la voûte pour laisser filtrer un peu de lumière.</ref>,<ref name="Ina"/> à partir du boulevard Jules-Ferry (voûte du Temple<ref name="voûtes">Voûtes du canal Saint-Martin</ref> réalisée en 1907). Il passe ensuite sous le boulevard Richard-Lenoir (voûte Richard Lenoir<ref name="voûtes" /> construite entre 1860 et 1862), et enfin sous la place de la Bastille (voûte de la Bastille<ref name="voûtes" /> réalisée en 1862) pour s'ouvrir sur le port de l'Arsenal.
Les voûtes Richard Lenoir et du Temple sont percées d'oculi de ventilation<ref name="voûtes" />. Ils permettent également l'éclairage naturel du tunnel.
Canal Saint-Martin : vue de la voûte souterraine, 1862.
Sous l'Ancien Régime, les Parisiens ne bénéficient que d'un faible approvisionnement en eau potable et souvent de mauvaise qualité (pollution de la Bièvre, de la Seine), malgré l'existence d'aqueducs et de puits.
La création du canal Saint-Martin est décidée par la loi du Modèle:Date républicaine-, avec celle des canaux Saint-Denis et de l'Ourcq. Leur construction est retardée par la situation de la France entre 1809 et 1815. Puis Louis XVIII relance le projet en y confirmant l'ingénieur Pierre-Simon Girard. Il faut trouver des financements : le préfet Chabrol propose de recourir à des capitaux privés. En 1818, la Compagnie des Canaux de Paris se crée<ref>Béatrice Andia, « Le fil de l'eau au fil des ans », in Les canaux de Paris, textes réunis par Béatrice de Andia et Simon Texier, Collection Paris et son patrimoine, Délégation à l'action artistique de la Ville de Paris, 1994, Modèle:P..</ref>. Elle remporte l'adjudication ouverte par la Ville de Paris en novembre 1821 pour la construction du canal Saint-Martin en concession privée, pour un montant de 5,4 millions de francs de l'époque. Aussitôt, une nouvelle compagnie, la Compagnie du canal Saint-Martin, est créée pour mener à bien le chantier. Le préfet de la Seine pose la première pierre le Modèle:Date. Le nouveau canal est inauguré par Charles X le Modèle:Date<ref>Yves Lefesne et Jean-Pierre Dubreuil, « Création des canaux Saint-Denis et Saint-Martin », in Les canaux de Paris, op. cit., Modèle:P..</ref>.
En 1860, Georges Eugène Haussmann, préfet de la Seine, inclut le canal Saint-Martin à ses projets de modernisation et d’extension de la ville. Le canal à l’air libre étant une coupure qui gêne la circulation terrestre entre le centre de Paris et les nouveaux arrondissements du nord-est. Le canal est alors recouvert en partie par des voûtes notamment boulevard Richard-Lenoir. La couverture permet de faciliter le déplacement des troupes et les charges de cavalerie dans ces quartiers populaires dont le pouvoir se méfiait. Afin de permettre la poursuite de la navigation sous les voûtes, le niveau du canal est abaissé de Modèle:Unité. Dès 1862, des remorqueurs à vapeur tirent les premières péniches passant sous ces voûtes<ref name="Patrimoine">Modèle:Lien web</ref>. En 1908, le recouvrement est prolongé pour créer l'actuel boulevard Jules-Ferry<ref name="Barrois" />.
Entre 1858 et 1865, une forte sécheresse manque de paralyser la navigation sur les canaux. Le décret impérial du Modèle:Date- autorise la Ville de Paris à puiser dans la Marne le volume d’eau nécessaire pour maintenir le débit du canal de l'Ourcq, qui alimente le canal Saint-Martin. Les usines élévatoires de Villers-lès-Rigault et de Trilbardou sont construites à cet effet. Cette dernière permet de relever l’eau de Modèle:Unité pour combler la différence de niveau entre la Marne et le canal<ref name="Patrimoine"/>.
En 1882, le bassin de la Villette était le Modèle:4e français après Marseille, Le Havre et Bordeaux<ref name="Usages">Modèle:Lien web</ref>.
Jusque dans les années 1920, le halage se fait par traction humaine (plus économique que la traction animale) avant de décliner lors de l'apparition des péniches de grand gabarit<ref name="Patrimoine"/>.
La concurrence des autres modes de transport, routier et ferroviaire, met à mal le transport fluvial dès les années 1960, causant une chute du trafic sur les canaux parisiens et, par conséquent, une disparition des usines, entrepôts et ateliers, ainsi que de la population ouvrière longeant le canal<ref name="Usages"/>.
Dans les années 1960, le canal faillit disparaître lorsque le Conseil de Paris voulut adopter un projet d'autoroute urbaine à quatre voies qui devait emprunter son tracé, dans le cadre du plan autoroutier pour Paris. Il en est d'ailleurs fait mention dans le film L'An 01. Ce projet fut abandonné en 1971 par le Conseil de Paris<ref name="Ina">Modèle:YouTube</ref>.
En Modèle:Date-, une étude sur le canal et ses abords est confié à l'atelier parisien d'urbanisme<ref name="Ina"/>. Il en résulte le Modèle:Date-, le classement du canal et de son site par le secrétaire d'État à la Culture, Michel Guy<ref name="Ina"/>. Dans les années 1970, un plan d'urbanisation est mis en place pour rétablir les quais<ref name="Ina"/>.
Au tournant des années 2000, les quartiers situés au sud-ouest du canal, à proximité de la place de la République connaissent un processus de gentrification accéléré. Entre 1998 et 2012, le prix des loyers y a augmenté plus fortement que dans les arrondissements de l'Ouest parisien. La rue de Marseille voit s'installer des boutiques de luxe prestigieuses. Le processus s'est étendu à l'est du canal dans les années 2010 mais elles ont rapidement transformé leurs boutiques en version « stock », ou fermé.
Le canal Saint-Martin sert essentiellement au transport de passagers pour des croisières touristiques et peu pour le transport de marchandises. Il est ouvert Modèle:Unité par an. Ses berges sont également très prisées des Parisiens pour se promener et même pique-niquer<ref>Voir Michèle Jolé, "Le destin festif du Canal Saint-Martin", Pouvoirs, 2006/1 (no 116)</ref>. Dans le cadre de l'opération « Paris respire » organisée par la Mairie de Paris, les berges sont d'ailleurs fermées à la circulation tous les dimanches et jours fériés de Modèle:Heure à Modèle:Heure du premier dimanche du mois d'avril au dernier dimanche du mois de septembre (heure d'été) et de Modèle:Heure à Modèle:Heure du premier dimanche du mois d'octobre au dernier dimanche du mois de mars (heure d'hiver)<ref>« Canal Saint-Martin - Extension horaire du canal piéton », sur mairie10.paris.fr, consulté le 10 décembre 2011.</ref>, ce qui favorise largement leur réappropriation par les piétons comme par les cyclistes.
Le canal est depuis 2006 le lieu d'installation de nombreux réfugiés arrivés en France depuis l'Afghanistan et d'autres pays d'Asie centrale<ref>« Les exilés s'installent au bord du canal Saint Martin », article du 13 juin 2006, sur exiles10.org, consulté le 10 décembre 2011.</ref>. Ils seraient environ 200 à y dormir, sous des tentes ou à la belle étoile dans l'attente du traitement de leur demande d'asile. Certains d'entre eux tombent sous le coup du règlement Dublin II, ce qui les empêche de déposer immédiatement une demande d'asile en France. Cette situation a été dénoncée par de nombreuses associations dont le Groupe d'information et de soutien des immigrés (Gisti)<ref>Les exilés du Modèle:10e de Paris et leurs soutiens, article du 28-10-2003 sur le site du Gisti. Consulté le 4 avril 2011</ref> et le « Collectif des exilés du {{#ifeq: | s | Modèle:Siècle | Xe{{#if:| }} }} », l'État ayant l'obligation légale de loger les demandeurs d'asile qui n'ont pas le droit de travailler. Une partie des réfugiés étant mineurs, des associations d'aide à l'enfance se sont aussi saisies du problème, qui persiste cependant.
Le canal Saint-Martin nécessite périodiquement de lourdes opérations d’entretien, concernant notamment ses écluses. Ces ouvrages comportent en effet des pièces mécaniques, hydrauliques et de vantellerie sollicitées à chaque passage de bateau.
Entre le Modèle:Date- et le début du mois d'Modèle:Date-, des travaux d'entretien et d'amélioration du canal et de ses écluses se sont déroulés en plusieurs étapes comprenant<ref>Modèle:PdfModèle:Lien web.</ref> :
la mise en place d’un barrage étanche en amont (côté bassin de la Villette) et en aval (côté voûte du Temple) ;
la vidange partielle du canal ;
une pêche de sauvegarde des poissons qui sont relâchés en amont ou en aval ;
la vidange totale du canal ;
l'évacuation des déchets récupérés au fond du lit de l'ouvrage ;
la réparation des parties abîmées et le nettoyage du canal et des écluses ;
Le canal figure fréquemment dans l’œuvre d'Alfred Courmes et notamment dans ses tableaux Saint-Sébastien à l'écluse Saint-Martin (1974) et La tentation de Saint-Antoine (1980).
1975 : le canal Saint-Martin figure également dans le film L'Ibis rouge de Jean-Pierre Mocky, avec Michel Simon dont ce sera le dernier rôle puisqu'il disparaitra quelques jours après la sortie du film<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
1980 : Gérard Courant a réalisé un long métrage documentaire entièrement consacré au canal Saint-Martin, intitulé Vivre est une solution.
1997-2009 : dans la série télévisée PJ, le passage Soufflot (fictif) menant au commissariat est situé en contrebas de l'écluse des Récollets, rue Bichat.
pour les Modèle:Unité du Téléthon, France Télévisions utilise un dispositif inédit et exceptionnel en diffusant plusieurs émissions depuis un bateau qui navigue le long du canal.
