Der NOK verbindet die Nordsee ab der Elbmündung bei Brunsbüttel mit der Kieler Förde in der Ostsee bei Kiel-Holtenau. International wird die künstliche Wasserstraße, die eine der meistbefahrenen der Welt ist, als Kiel Canal (engl.) bezeichnet. Der Nord-Ostsee-Kanal wurde 1895 eröffnet und hieß bis 1948 Kaiser-Wilhelm-Kanal.

Der Kanal ist 98,637 Kilometer lang und durchquert ausschließlich das nördlichste deutsche Bundesland Schleswig-Holstein. Seine Breite beträgt 162 Meter, in manchen noch nicht ausgebauten Abschnitten allerdings nur 102,5 Meter. Die Sohle ist 90 (44) Meter breit und die Wassertiefe beträgt 11 Meter. An den beiden Enden sorgen Schleusen für einen Ausgleich der unterschiedlichen und wechselnden Wasserstände der beiden Meere.

Man geht heute davon aus, daß die Planungen zum Bau eines entsprechenden Kanals bis ins 7. Jahrhundert zurückreichen, als die Wikinger die lediglich 16 Kilometer breite Landmasse zwischen der in die Nordsee mündenden Treene und der zur Ostsee fließenden Schlei überbrücken wollten. Jedoch wurde erst zwischen 1777 und 1784 durch den damaligen dänischen König tatsächlich ein Kanal erbaut. Jener Eiderkanal reichte von Kiel bis nach Rendsburg, wo sich die Eider anschloß und von dort Zugang bis zu deren Mündung bei Tönning in die Nordsee bestand.

Im Jahr 1878 wurde schließlich ein Kanal geplant, der ziemlich genau der heutigen Streckenführung entsprach. Er war an die Erfordernisse der damaligen deutschen Handelsflotte angepaßt und von dem Hamburger Reeder Dahlström sowie dem Wasserbauinspektor Boden entworfen worden.

Mit dem Bau wurde am 3. Juni 1887 unter Kaiser Wilhelm I. in Kiel-Holtenau begonnen. Am 21. Juni 1895 konnte dann Kaiser Wilhelm II. den Kanal öffiziell eröffenen. Daher auch der alte Name Kaiser-Wilhelm-Kanal. Insgesamt hoben etwa 9.000 Arbeitskräfte rund 80.000 Kubikkilometer Erde aus, was 156 Millionen Goldmark kostete. Dies reichte für eine Kanalbreite von 67 und eine Tiefe von 9 Metern.

Zwischen 1907 und 1914 wurde der Kanal für 242 Millionen Goldmark auf 102 Meter Breite und 11 Meter Tiefe ausgebaut, da der technische Fortschritt immer größere Schiffe entstehen ließ. Vor allem die damalige Deutsche Marine konnte mit ihren Großkampfschiffen den alten Kanal nicht passieren.

Nach dem 1. Weltkrieg, im Jahr 1918, wurde der Kaiser-Wilhelm-Kanal durch den Versailler Vertrag internationalisiert. 1948 schließlich, also nach dem 2. Weltkrieg, erfolgte die offizielle Umbenennung in Nord-Ostsee-Kanal.

Seit 1965 dauern inzwischen die Baumaßnahmen für den zweiten Ausbau des Kanals an, welche rund 485 Millionen Euro kosten sollen. Sie umfassen bislang die Erweiterung der Breite im Westteil bis zu Kanalkilometer 87 auf 162 Meter. Die Planungen für den östlichen Teil des Kanals sind noch nicht vollständig abgeschlossen.

Im Kanal, den jährlich bis zu 40.000 Schiffe passieren, gilt eine Höchstgeschwindigkeiten von maximal 8,1 Knoten, was 15 Stundenkilometern entspricht. Eine Durchfahrt dauert inklusive Schleusungen rund 7 Stunden. Schiffe dürfen maximal 235 Meter lang und 32,5 Meter breit sein, wenn die den NOK passieren wollen. Ihre Höhe darf 40 Meter über dem Wasserspiegel aufgrund der insgesamt 10 Straßen- und/oder Eisenbahnbrücken, die den Kanal überqueren, nicht überschreiten. Der Tiefgang liegt bei maximal 9,50 Meter wenn die Schiffslänge 160 Meter nicht überschreitet.