位于英格兰曼彻斯特的布里吉瓦特运河在1761年完工后的成功在十八世纪末为英格兰带来一阵兴建运河的热潮[1]，因为运河提供了容易控制的行船环境，不仅让运输货物更加安全，也加快运输速度[2]。美国在对西部开始拓展之后得到了许多新的领地，而这些西部新领地急需一种能够快速的载运大量货物的交通工具以连接东岸的大城市。当时已有许多私人修筑的收费公路连通哈德逊河谷与纽约州西部，然而这些道路并不能提供高品质与高效率的运输，而且使用者还必须付高额的过路费；例如在1814年时，使用陆运运送一桶面粉至130英里远的距离需要两块钱，但是经由水路运送同样的东西至160英里远的地方只需要花25分钱。[3]最初的提议是卡瓦拉德·寇登在1724年时提出使用莫华克河为主，建造一条连接纽约上州众多河流湖泊的运河以通往纽约州西部。寇登的提议主要是为了突破当时法国人对北美洲中西部内陆皮毛交易的垄断。由于法国人握有路易斯安那，间接的也拥有了对密西西比河的控制，而密西西比河则是在当时对中西部五大湖的唯一出入水道。如果美国不能开拓一条对内陆的交通路线，那么中西部获益丰厚的皮毛交易生意便会由法国永远的掌控。但是后来与印第安人部落的战争让寇登的提议被搁置一旁。[4]除了伊利运河之外，还有其他尝试通往西部的尝试。乔治华盛顿在1785年开始对波多马克河建造了一系列的改建，以将之改建成为可以使用的河流，后来更花费了大量的人力物力建造了帕托马克运河（Patowmack Canal），但是该运河在经过15年的兴建后却从来都没有开通过。在1784年时克里斯多福·寇斯（Christopher Colles）凭著他对布里吉瓦特运河的知识以及在评估了莫华克河谷之后，对纽约州议会提出了兴建一条连接奥本尼与安大略湖之间大小河流湖泊的运河，虽然这个提议有受到众人的瞩目并有人支持推行，但是最后却还是没有实行[5]。除了寇斯之外，艾尔卡纳·华森（Elkanah Watson）也是早期推动使用莫华克河谷兴建运河的支持者，他认为美国不能追随“先有城镇，再建运河”的欧洲模式思考，而必须发挥“先建运河，再发展城镇”的美国模式思考，因为运河能够将“广大的荒野如魔法般地瞬间转变成丰渥土地。”[6]他的努力最后促成西方内陆领航公司（Western Inland Lock Navigation Company）的成立，这间公司是第一个对莫华克河的河道领航进行改进的团体，但是由于此计划的庞大财政压力，以及其他交通工具的竞争，西方内陆领航公司最后被迫退出建造横跨纽约州运河的舞台[7]。由于私人团体受于经费的限制，只能够对现有的河流湖泊进行改进，但是在这些私人团体因为技术上的困难与无法负担兴建连接各河流湖泊的水道的成本而纷纷失败之后，最后一个能够负担兴建运河的单位只剩下纽约州政府与联邦政府[8]。
在众多提出兴建运河的人中，唯一一位有对伊利运河的建造产生推力的人是杰西·华利（Jesse Hawley）。1805年时对运河一无所知的华利计画在当时还空无人居的纽约上州地区种植谷物，并以一种便捷的交通工具将收成运至东岸的市场贩卖，但是他在尝试各种交通工具时因为资金问题而破产。当他躲避债权人时，他想到建造运河的点子，并开始在脑中计画著兴建一条经由莫华克河谷的运河[9]。华利的计画得到了大众以及政府的注意，而这个计画得到当地地产商乔瑟夫·艾利卡特（Joseph Ellicott）的大力支持，因为艾利卡特知道一条运河的开通将会提高他所出售的土地的价值。[10]在1808年时纽约州府最初计画了两条路线，一条是经由雪城附近的欧奈达湖（Oneida Lake）通往安大略湖，另一条路线则为经过罗彻斯特附近的杰纳西河（Genesee River）通往水牛城连接伊利湖。但是由于安大略湖的路线会面临法国控制的圣劳伦斯河的竞争（流经现今的加拿大魁北克省），并且在战时会受到英国的威胁，[11]而伊利湖路线不仅没有竞争与战争威胁，亦可以增加纽约州西部土地的价值并增加人口，而在两条路线的建造成本大约相同的条件之下，最后决定选择伊利湖路线[12]。
大众对兴建运河的态度转变并非单纯的由几个人所能影响的，由默默不闻变为支持的态度主要是受到开拓西部以及联邦政府交通运输政策的影响。纽约州在最初在十八世纪中前在向西部开拓时一直受到阻扰，因为莫华克河谷居住著美洲大陆最强大的一支印第安部落—易洛魁族（Iroquois）。纽约州人口自1749年的73,448人爆发成长到1810年的959,049人，而纽约人口主要聚集地为纽约市到奥本尼的哈德逊河谷，来自人口成长的压力带动了对新土地的需求，配合著突破莫华克河谷印第安人的阻扰，加上法国势力的衰退以及莫华克河谷丰渥的土地与自新英格兰源源不绝而来的移民，造成了人口向纽约州西部移动的动力。[13]随著人口的移入，纽约州安大略湖南岸的人口也在十八世纪时快速增加，到了十九世纪时，纽约州西部的大型人口聚集地的增加更加强了对与伊利湖连接的路线的需要。因为这些因素，地方人士开始支持兴建运河的计画。[13]联邦政府在1807年开始大力提供美国国内的各项建设经费。这是因为经过几十年的和平，美国国库充裕，而当时的美国总统托马斯·杰斐逊决定用这笔钱来改善国内教育与各项建设。[13]虽然这笔钱最后因为1812年战争的爆发而从未拨给纽约州府，但是在提出之后还是为运河的计划投下甚大的推力。[14]不过伊利运河本身亦提供了非常大的诱因；其位处于美国两大需要交通运输的经济区域之间，而且运河路线上的大小城镇亦有大量的经济需求。[13]
莫华克河是哈德逊河上流的一条支流，流经过冰河时期时冰川所遗留下来的河道，穿越阿帕拉契山脉的北部，将纽约州分为卡兹凯尔斯地区（Catskills）与亚迪荣戴克地区（Adirondack）。莫华克河谷是在阿拉巴马州以北唯一一条穿越阿帕拉契山脉的河流，并且几乎自当时为河运重道的哈德逊河西面分出直直的对向安大略湖与伊利湖。从莫华克河以西便可以经过许多在纽约州西部内陆刚成立的城镇。
运河的建造面对了一个巨大的困难。从奥本尼的哈德逊河到伊利湖之间伊利运河必须向上爬升183米（600英尺），而如果要克服这个海拔高度的困难便必须在580千米（360英里）长的运河上设置50个水闸，就算在现在这也是需要巨额经费的工程，而在十九世纪中这个工程只能够以无法想像来形容。当时的美国总统托马斯·杰斐逊曾称此计划为“差点是疯狂”的计画，他认为伊利运河的计画非常的不切实际且不可行，所以便拒绝提供支持。[15]然而华利后来成功的得到纽约州长狄维特·克林顿（DeWitt Clinton）的支持，虽然许多人因为不认同建造运河可以为纽约州带来利益，所以反对者便处处阻扰运河兴建法案的批准，并将伊利运河的计画称为“狄维特的愚蠢计画”或是“狄维特的小水沟”等谑称，但是克林顿在1816年4月17日时成功的得到纽约州议会对伊利运河计画案的支持与兴建经费的批准。[16]
伊利运河的设计为计画挖掘12米（40英尺）宽、1.2米（4英尺）深的水道，并将挖出的泥土堆积在运河河岸下坡地，以规划为运河边步道。在设计中1.07米（3.5英尺）宽之内的驳船将会由行走于河边步道的马来拉行，并在定点替换马匹。运河的河壁设计为以石块覆盖，而底部则以黏土覆盖。这个庞大的石块建筑物需要引进上百个德裔石砖匠，他们后来在运河完工后也兴建了纽约市许多的著名大楼。
兴建工程在1817年7月4日于纽约州罗马动土施工开始，但兴建委员会心中很清楚这只是困难的开始[17]。伊利运河的兴建是由一个五人所组成的兴建委员会所控制，最初的委员们分别为狄怀特·克林顿、史蒂芬·范·壬色列（Stephen Van Rensselaer）、约瑟夫·艾利卡特（Joseph Ellicott）、麦隆·霍利（Myron Holley）、以及山姆·杨（Samuel Young）等人[18]。
由于美国当时并没有合格的土木工程师，所有的设计及监工都是由无经验的人来担任。运河的路线是由詹姆斯·歌德斯（James Geddes）与班杰明·莱特（Benjamin Wright）所决定，但是这两位都是法官并不是工程师，他们对土地测量的唯一经验是来自于裁判土地界线纠纷时所做的测量，而歌德斯更对使用测量仪器只有几个小时的练习。[19]不过后来陆续有许多人才前来帮忙；一名27岁的业馀工程师凯维斯·怀特（Canvass White）说服了纽约州长克林顿让他自费前往英国去学习运河系统，后来在1818年制成可以在水下固化的水泥[20]；尼森·罗伯兹（Nathan S. Roberts）——一名数学老师与土地投资者——也加入兴建工程的行列；约翰·B·哲毕斯（John B. Jervis）在加入当时只是一名二十二岁的无知年轻人，在八年之后，他成为德拉瓦与哈德逊运河的总工程师，并设计纽约市的引水道，后来更成为铁路工程师[21]。这帮乌合之众还是成功的“跨越洛克港市（Lockport）附近的尼亚加拉陡坡（Niagara escarpment）、蜿蜒的跨过艾洛德阔伊特溪（Irondequoit Creek）、建造了引水道以连接杰纳西河、以及在小瀑布镇与史内克特地市之间的坚石挖出一条河道；而所有的兴建工程的进行都与计划相差无几”。[22]
两年之后位于罗马与由提卡之间长24千米（15英里）的第一段运河在1819年开通。然而若持续依照这个速度建造，整条运河还是需要30多年才可以完工。这个困难的主要原因是为了建造运河而必须砍伐数百英里的荒野森林以及移除挖掘出来的土方，这些工程所花的时间大大的超过预计的时间表。不过后来还是找到能够快速伐树整地的方法，三人一组一年便可以建造一英里长的运河，但是人工的缺乏便成为了新的问题[23]。
位于由提卡与雪城之间151千米（94英里）长的中段运河在1820年完工并开放通行，这段运河受到大家的欢迎，也被大量的使用[24]。这段运河的开通代表了纽约州的交通进入了运河时代，并提供了一种新的运输方式，而运河将会成为新一种社会的中心[25]。中段运河的完工，带来了希望，但是最为重要的西段运河却迟迟尚未开始。
中段运河的经费案早在1817年便已被纽约州议会通过，但是其他运河段的经费案是在柯林顿州长大力鼓吹之下，才得以在1819年4月获得州议会的核准通过[26]。在经费通过后了之后的下一个问题是：到底该先建造哪一段运河，东段或是西段呢？大量的货物堆积在中段运河的东端点由提卡市，在来不及被运往奥本尼之前就因放置过久而腐坏[27]；西段运河的完工将会成功的把通往西部的商业运输中心自蒙特娄转移至纽约州[28]。尽管以上的问题在运河开通后都可以迎刃而解，但是纽约州内部的政党之争造成了兴建的延后。以来自纽约市为主的州议员反对克林顿想要先建造西段运河的提议，因为他们认为西段运河对纽约州南部的城镇没有实质助益，甚至通过法案限制运河所通过之土地收到的税金必须先挹注于东段运河的兴建[29]。然而因为大众对于伊利运河的支持，州议会最后在1821年通过了对运河兴建非常重要的预算案，并开始了对西段运河的建造[30]。
西段运河自雪城附近的欧内达湖（Oneida Lake）开始，一路沿著瑟内佳河（Seneca River）西行，在蒙帝柱马沼泽与瑟内佳河分开前往罗彻斯特。罗彻斯特以东的路线并没有太多的困难，伊洛德阔伊特溪到罗彻斯特之间的路线轻易的在1822年美国独立日两天前完成[31]。1822年10月，从罗彻斯特到小瀑布市（Little Falls）之间290千米（180英里）长的伊利运河开通，代表著开始将纽约州西部正式的与哈德逊河谷连接起来。但是在罗彻斯特附近与以西的路线上，运河工程师必须要跨越三个困难的地点：跨越艾洛德阔伊特溪谷的深渊；渡过杰纳西河；凿穿洛克港附近的山瘠[32]。运河工程师位了跨越高深的艾洛德阔伊特溪谷提出了非常壮观的设计，他们最初抛弃了填土筑堤的方法而提出高架水道的方法。这个木制高架水道高18.3米（60英尺），长400米（0.25英里）。但是后来因为太过于危险而放弃高架水道，而最后他们决定建造一个75米（246英尺）高的水堤，并在提底以引水道引流艾洛德阔伊特溪溪水[33]。这座水堤在耗资八万三千元之后于1823年9月完工，伊利运河亦顺利的跨越杰纳西河[34]。杰纳西河以西地路线必须经过一道山瘠，工人必须要自平地挖出一条宽8公尺（27英呎）并最深处达9公尺（30英呎）的水道，除此之外伊利运河必须爬升海拔20公尺（66英呎）并经过五个水闸，并在1825年6月完工；而除了运河开通之外，这项工程亦造就了洛克港镇（Lockport）的发展[35]。
洛克港以西的路线亦在1824年完工，到此伊利运河会合于尼亚拉瓜河。
位于罗彻斯特与奥本尼之间长402千米（250英里）的东段运河也在1823年9月10日落成，而位于瓦特弗李特（Watervliet）与尚普兰湖之间103千米（64英里）长的南北向运河也在同一天宣布启用。甚至在运河开通之前的1824年，已经有人出版“旅行与观光者的纽约州运河沿线内陆商业的导览手册”（Pocket Guide for the Tourist and Traveler, Along the Line of the Canals, and the Interior Commerce of the State of New York）；这有可能是美国的第一本发行的导览手册。
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