El Canal atraviesa 207 Km. por la Cuenca del Duero, sin ninguna dificultad orográfica reseñable.
A pesar de ello, la diferencia de altitud entre Alar del Rey, Medina de Rioseco y Valladolid es de 170 metros. Para salvar esas cotas se diseñaron una serie de estructuras que se han convertido en seña de identidad: esclusas, retenciones, presas, acueductos, almenaras, derrames, etc. Los objetivos de las mismas iban desde facilitar la conducción y regulación del caudal hasta promover la navegación y el uso de energía hidráulica.
Un apartado importante era calcular exactamente el declive idóneo, alrededor de 5 metros por kilómetro, para facilitar caudal adecuado y suficiente para la navegación y el riego.
Presas y Retenciones
Presas
No se encuentran ubicadas en el Canal propiamente dicho, pero facilitan la entrada de las aguas que lo alimentan: el Pisuerga y el Carrión. De esta forma encontramos en el cauce del Pisuerga, concretamente en Herrera de Pisuerga, la presa de San Andrés. Construida entre 1761 y 1769 fue realizada en la segunda etapa de construcción del Canal.
En el caso del Carrión, en 1753 en Calahorra de Ribas, se construye la primera presa, hoy sustituida por un complejo sistema de compuertas.
Retenciones
Estas cuatro construcciones, levantadas ya en el propio Canal, se localizan en las cabeceras de los Ramales del Norte y de Campos.
En el caso del Ramal del Norte, la primera se encuentra en Alar del Rey y regula el agua hasta el cruce con el Pisuerga, en las cercanías de Herrera de Pisuerga. La segunda, también en Herrera de Pisuerga presenta dos casetas rectangulares en piedra de sillería.
En el Ramal de Campos la primera retención se levanta en las inmediaciones de Calahorra de Ribas, estando formada por un vaso ovalado de iguales proporciones que una esclusa normal. La segunda, en el Serrón, ha sido sustituida por una compuerta de guillotina.
Acueductos y Puentes
Acueductos
Para cruzar los ríos o arroyos que atraviesa el Canal de Castuilla se diseñaron 69 puente-acueductos. Existen numerosos tipos, todos ellos realizados en piedra perfectamente escuadrada:
Acueductos-alcantarillas: presenta bóveda adintelada, sin pretiles y casi ocultos: Ejemplo: Fuente León en Medina de Rioseco.
Acueductos entubados: aquellos en le los que en le hueco se ha colocado un tubo de hierro colado. Ejemplo el Membrillar en Castromocho.
Acueductos de un solo arco: de medio punto o rebajado. Ejemplo: Carrecalzada.
Entre los acueductos más espectaculares desatacan los de cinco arcadas con sus tajamares, en especial el de Abánades en Melgar de Fernamental.
Puentes
Gran número de puentes salpican todo el trazado del canal, en concreto cerca de 60. Existen de dos tipos: los que permiten el paso de caminos, de un solo ojo y los asociados a las esclusas. Tos ellos están construidos en sillares, presentando además andenes inferiores para no interrumpir el paso de caballerías por el camino de sirga., o , en el caso de las esclusas permitirían el paso del esclusero de uno a otro lado de la esclusa.
Esclusas
Para salvar el desnivel del terreno por el que discurre el Canal se ha de acudir a la obra de ingeniería más emblemática: la esclusa, in genio ideado por Leonardo Da Vinci. Fueron precisas 50 esclusas para salvar el desnivel de 170,50 m. existente entre Alar del Rey y Medina de Rioseco.
La tipología de las esclusas sed resume en:
Ovaladas: construidas en el siglo XVIII, cuando es el Estado quien ejecuta las obras, se utilizaron dado su resistencia al empuje de las tierras y a que permitía su uso simultáneo por dos barcazas. Con un total de 34, se hallan fundamentalmente en el Ramal del Norte, aunque también hay ejemplos en los dos ramales restantes.
Rectangulares: se realizaron a lo largo del siglo XIX, cuando se hace cargo la compañía del canal. Las podemos encontrar fundamentalmente en el ramal de Campos y algunas en el del Sur, sumando un total de 15. Sólo permite el paso de una embarcación, aunque dado su menor tamaño es de más rápido llenado.
En algunos puntos del trazado, dado el desnivel existente, se construyeron dos, tres y hasta cuatro escalonadamente, como las de Frómista o Calahorra de Ribas.
En cada extremo de las esclusas se instalaron dos compuertas de tipo mitra, en ángulo contra corriente, facilitando de esta forma su cierre hermético. En un primer momento eran de madera, siendo sustituidas por unas metálicas posteriormente.
En 1955 el canal se destina a abastecimiento y riego, por lo que en los años 60 las compuertas son sustituidas por presillas de hormigón.
Dársenas
En los extremos de los tres ramales podemos encontrar este tipo de construcción: Valladolid, Alar del Rey y Medina de Rioseco. Su fin era permitir la maniobrabilidad y atraco de embarcaciones, así como la estiba de mercancías, convirtiéndose en un pequeño puerto de interior, formado por extensos muelles de sillares en torno a los cuales se levantaban los almacenes.