Первый полноценный мост в тогдашнем Екатеринославе был построен одновременно с Екатерининской (ныне Приднепровской) железной дорогой, как связующее звено между криворожской рудой и донецким углем. В 1796—1884 годах в районе нынешнего Старого моста существовал наплавной деревянный, разбираемый на зиму. Проект моста разрабатывался ведущим русским специалистом в области мостостроения Н.А. Белелюбским. Торжественное открытие моста состоялось 18 мая 1884 года. Уже тогда мост был двухярусным: на нижнем ярусе располагалась одноколейная железная дорога, на верхнем — дорога для пешеходов и повозок (а позже — автомобилей). В то время это был один из самых длинных мостов в России и после открытия он надолго стал одной из достопримечательностей города. Размеры моста впечатляли всех приезжих. А размеры не такие уж и маленькие: общая длина металлических пролетов — 1,3 км, с подходами — 2,4 км.
Спустя полстолетия мост несколько раз восстанавливался и реконструировался: первый раз в 1920 году после гражданской войны; в 1935 году через мост пустили трамвай, а после Великой Отечественной войны мост пришлось отстраивать практически с нуля. В итоге от старого моста остались лишь опоры и внешняя схожесть конструкции: отдаленно похожие фермы и второй ярус. Кроме того, у восстановленного моста появился разводной пролет. В новом образе мост открылся в 1955 году. Пока шло восстановление, реку преодолевали через временный мост на деревянных опорах (их остатки можно найти возле левого берега).
В последующие годы в результате постоянно растущего ж/д трафика, возникла необходимость расширения моста для пропуска поездов одновременно в двух направлениях. Рядом со старым мостом был сооружен похожий по конструкции одноярусный мост, открывшийся в 1977 году.
