Le canal principal parcourt une longueur de 71,2 km depuis sa prise d’eau à Saint-Martory jusqu’à son exutoire en Garonne à Toulouse. Le canal principal alimente un système hydrographique avec plus de 150 km de canaux, 90 km de fossés et 220 km de rivières réalimentées.
L’empereur Napoléon III ordonna par décret du 16 mai 1866 la réalisation du canal pour lutter contre les sécheresses, tout en favorisant la culture agricole.
Le canal est construit par la Compagnie d’irrigation entre 1866 et 1877. Un contrat de concession est souscrit pour concéder le canal durant cinquante ans à la compagnie anglaise General irrigation and water supply company of France limited, puis au Conseil Général de la Haute-Garonne assuré par le Service départemental de l’eau et de l’assainissement de la Haute-Garonne (SDEA) (concession à perpétuité depuis 1927).
Depuis 2010, ce service est devenu indépendant sous forme de syndicat mixte. L’exploitation du canal de Saint-Martory est donc confiée au Syndicat mixte de l’eau et de l’assainissement de Haute-Garonne (SMEA) pour la fourniture d’eau brute, sous l’appellation « Réseau31 ».