运河区包括两个行政分区：巴尔博亚区（太平洋一侧）和克里斯托瓦尔区（大西洋一侧）。运河区政府和巴拿马运河公司总部均设在巴尔博亚高地。1904年5月4日根据1903年的《美国-巴拿马条约》设立。根据条约，自运河中间线向两侧延伸宽度16.09千米的地带为运河区，面积约1432平方千米。运河区升美国国旗，实行美国法律，美国总统有权力任命运河区行政机构负责人。美国在运河区还建立了14个军事基地和各种军事学校，美军的南方司令部也设在运河区。巴拿马运河区成为美军干涉其他拉丁美洲国家内政的后勤补给基地和屯兵场所，驻巴美军还在运河区进行多次生化武器实验，严重污染了当地环境，圣何塞岛几乎变成一片废墟。

运河开凿后，美国人三管齐下，把运河区变成了“国中之国”；美国在运河区实行双轨工资制，美国雇员用金币支付工资，还享受不菲的福利待遇，巴拿马人和其他西印度群岛的雇员仅仅用银币支付工资；运河区使用美元，巴拿马政府没有权力制定单独的货币政策，在金融方面严重依赖于美国，逐渐丧失了自主权；此外，美国文化开始深入这一地区，使巴拿马人遭遇严重的种族歧视。

美国海军潜艇在巴拿马运河区

1951年起，运河及毗邻地区由两个美国机构管理：巴拿马运河公司负责经营运河，运河区政府负责全区民政管理。运河区总督由美国总统任命，受美国陆军部长监督，是巴拿马运河公司当然的董事长和经理。

从20世纪40年代开始，围绕运河问题，美巴关系逐渐趋于紧张。两国围绕运河权益分配问题展开了新一轮谈判，并于1955年重新签订条约，美国做出如下让步：巴拿马方面从运河区获得的年金增加到200万美元；严格限制运河委员会的经济特权，运河区内美国和巴拿马籍的员工都可以自由地与巴拿马企业进行贸易往来；美国同意在巴尔博亚附近建造桥梁，以方便两岸交通往来并为泛美公路建设提供便利条件；巴拿马政府有权对在运河区工作的巴拿马人征税；美国同意对在运河区工作的巴拿马人支付与美国雇员同等的薪水。

1958年，一队巴拿马大学学生进入运河区升巴拿马国旗，宣示巴拿马人对于运河区的“实际主权”。1959年，巴拿马青年人闯进运河区升国旗，直接引发了美国运河区警察及巴拿马国民警卫队开枪镇压，导致18人丧生。惨剧发生后，美国在国际舆论的压力下，承认巴拿马对于运河区有“形式上的主权”。1964年，巴拿马运河区又因为悬挂国旗事件爆发激烈冲突，多名当地人丧生，美巴关系陷入新一轮的动荡。

巴拿马人民为收回运河区主权进行了70多年的斗争。根据1977年签订的《巴拿马运河条约》，运河区于1979年10月1日撤销，主权归还巴拿马；美巴共同组成巴拿马运河委员会管理运河。1999年12月31日，美国撤出运河区，运河区完全由巴拿马管辖。