2002年10月28日，中国京杭大运河博物馆的建设正式启动，这一天上午，盛大的开工典礼拉开了博物馆建设的序幕。
紧随其后，2004年5月，博物馆的土建工程顺利完成了主体结构的封顶，标志着工程进入了一个新的阶段。
为确保项目高效推进，同年6月21日，拱墅区成立了专门的运河博物筹建领导小组，以区委副书记为组长，负责统筹协调各项工作。
在学术研究方面，2004年8月，《中国大运河博物馆》一书正式定稿，由浙江大学历史系教授严建强倾力撰写，为博物馆的学术内涵提供了坚实的基础。
进入布展阶段，11月4日，杭州日报发布了博物馆陈列布展设计的招标公告，公开征集创新而富有历史深度的设计方案。
11月19日，陈列布展设计招投标会议在拱墅区政府会议室召开，专家和设计团队共同探讨了如何通过展览展现大运河的历史与文化。
2004年12月2日，一项重要创作完成——中国大运河博物馆外墙大型浮雕——隋炀帝“陆地行舟图”，在杭州美院精心绘制，生动再现了历史场景。
为了丰富馆藏，12月21日，杭州日报再次发布征集文物资料的启事，呼吁社会各界提供有关大运河的历史实物和文献资料。
在设计方案的评审阶段，2004年12月31日和2005年1月7日，陈列布展设计方案分别进行了两次会议，进一步打磨和完善设计方案，力求呈现最完美的展览效果。
中国京杭大运河博物馆，位于杭州拱墅区运河文化广场南侧，毗邻大运河南端终点标志——拱宸桥。博物馆投资一亿多元人民币，建筑面积一万余平方米，展览面积五千余平方米，分序厅和“大运河的开凿与变迁”、“大运河的利用”、“运河畔的城市”、和“运河文化”四个展厅等。目前收集、展出的上千件文物和史料，充分展示了大运河在中华民族发展历史中的地位和作用。“一馆二带二场三园六埠十五桥”为重点的运河系列景观，2007年十月一日正式开放。中共前领导人乔石为博物馆题写馆名。