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巴拿马人接管运河后采取了一系列的先进技术和管理办法，运河的运营效率大大提高。但随着全球经济的发展，世界贸易活动以及货运量的大幅增加，越来越多的超大型船只投入运营，巴拿马运河现有通航条件已不能适应发展的需要。巴拿马运河船闸只有304.8米长、33.53米宽、12.55米深，只能允许巴拿马型船在几乎贴着墙壁的情况下通过，超巴拿马型船则必须绕走南美洲的合恩角。
为使巴拿马运河顺应时代的发展，巴拿马政府于2006年4月24日正式提出了总投资为52.2亿美元的运河扩建计划，并于同年10月就运河扩建举行全民公投。公投结果显示，超过78%的投票者支持运河扩建，运河扩建计划获得通过。
根据扩建计划，巴拿马将在运河的两端各修建一个三级提升的船闸和配套设施。新建船闸的宽度为55米，长度为427米，可以让超巴拿马级船只通过。运河扩建资金的大部分将通过收取运河通行费来筹集。运河扩建后，每年将有1.7万艘船只从这里通过，运河的货物年通过量也将从如今的3亿吨增加到6亿吨。
2007年9月3日，巴拿马运河扩建工程正式开工。人民网2010年8月15日电，据来自巴拿马城的消息，连接两大洋的巴拿马运河在扩建中迎来96周年。根据计划，整个扩建工程将于2014年巴拿马运河建成100周年时竣工。
待到巴拿马运河纪念通航100周年之时，长427米、宽55米、深18.3米的第三套船闸将建成，整个巴拿马运河扩建工程也将完工。届时，超巴拿马型船和军舰可轻松通过巴拿马运河，运河货物年通过量也将从如今的3亿吨增加至6亿吨。
巴拿马运河承担着全世界5%的贸易货运。中国是巴拿马运河的第二大用户。 随着世界经贸交流的扩大、海上运输日益繁忙、造船技术的发展，巴拿马运河已难以满足当今海运要求。每年都有成百上千艘各国船只因吨位大而不能从运河通过。开凿一条连接大西洋、太平洋新运河的设想便应运而生。巴拿马运河承担着全世界5%的贸易货运量，美国与亚洲之间贸易货运量的23%都需要通过这条运河。但由于设计老旧，巴拿马运河在某种程度上已经成为现代海运贸易的发展瓶颈。它至今仍然延用100多年前的设计，仅可以通航7.6万吨级的货轮，已经远远不能满足现代海运贸易的需要。许多不符合“巴拿马运河”标准的货轮不得不去绕行合恩角。正是看到了跨洋海运贸易的巨大潜力，巴拿马的周边国家纷纷开始寻求修建巴拿马运河的替代工程。
1982年，美国、日本和巴拿马三国经过协商，成立了一个“开凿大西洋—太平洋国际海洋运河可行性调查委员会”，着手进行开凿新运河的计划工作。1985年9月10日，三国政府又在巴拿马城正式成立了“开凿运河三边委员会”，致力于联合开凿第二条运河的筹备工作。经过近2年调查，“三边委员会”已从墨西哥到哥伦比亚之间可供选择的几十条新运河线路中筛选出4条，再从中选出最佳一条，即位于现巴拿马运河以西15公里至20公里处，从太平洋一侧的凯米托港到大西洋一侧的拉加尔托港。新运河全长100公里，开挖深度拟为现运河的2.5倍，落潮时水深30米，可通航30万吨级巨轮，涨潮时水深40米。这将是一项举世罕见的宏大工程，仅土方需挖10亿立方米，总耗资额高达200亿美元，整个工程至少需要14年时间。
除日本、美国、巴拿马外，英国、德国(原联邦德国)、澳大利亚、加拿大和法国也报名参加这一工程。其中，日、美两国将负责总工程费用的70%，余下的由其他国家承担。如果一切顺利，到21世纪初，一条新巴拿马运河将横亘于中美洲地峡之间，把太平洋大西洋更加紧密地联系在一起，为人类做出更大贡献。
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