一、初创时期（1952—1966年）
1952年，全国高校院系调整后，同济大学在结构系内创建了我国高校中最早的两个“桥梁与隧道”专业之一，并在圬工教研组中成立3人桥梁教学小组，周念先教授任组长，负责有关课程的教学。
1954年3月，在桥梁教学小组的基础上成立由15人组成的桥梁与隧道教研室，钱钟毅教授任教研室主任，负责桥梁与隧道专业的教学与科研工作。4月，桥梁与隧道专业及教研室划归由公路系更名的道路与桥梁系（简称道桥系）。7月，根据高等教育部指示，“桥梁与隧道”专业定名为“道路桥梁与隧道”专业。11月，苏联桥梁专家依·特·斯尼特柯教授来桥梁与隧道教研室指导教学及科研工作直至1956年7月。
1955年，桥梁与隧道专业按前苏联体制招收了第一批副博士研究生4名，由李国豪、周念先和钱钟毅等教授分别指导。李国豪教授当选首批中国科学院技术科学部委员（院士）。
1958年，道桥系与铁路系合并成立铁路、公路及桥梁工程系（简称路桥系）。为了适应“大跃进”的形势，从“道路桥梁与隧道”专业中独立设置了“桥梁工程”专业和20余人的桥梁教研室，肖振群教授任教研室主任，每年招收3个小班约60名学生。
1959年，交通部交通科学研究院与同济大学联合成立上海公路工程研究所，内设桥梁研究组和道路研究组开展科研工作。
1966年3月，学校撤销结构力学教研室，该室部分教师调入桥梁教研室。到“文化大革命”开始前，桥梁教研室教师增加到25人。
二、“文化大革命”时期（1966—1976年）
“文化大革命”开始后，实行“开门办学”，招收工农兵学员，以实践代替课堂教学。1970年，招收桥梁专业第一届工农兵学员，随后桥梁专业被“砸烂”。铁路专业和道路专业均改为连队建制，桥梁教研室教师分散编入各连队。
1971年，交通部上海公路工程研究所改制为同济大学公路研究所。
1973年，铁路专业调整至上海铁道学院，部分桥梁专业教师亦随之调入该院，铁路、公路及桥梁工程系改称公路与桥梁工程系（简称路桥系），恢复桥梁工程专业教研室，后与道路工程专业教研室合并为道路桥梁教研室。设置“城市道路与桥梁”专业，共招收5届工农兵学员（1973—1977级）计363人，其中1976、1977级为4年制本科，其余3届为3年制专科。
三、恢复发展时期（1977—1987年）
“文革”结束以后，国家逐步恢复了高等学校的教学秩序。1977年，李国豪教授复出担任同济大学校长。
1978年4月，恢复成立路桥工程系，下设桥梁教研室和桥梁试验室。同年9月，通过恢复高考制度招收桥梁工程专业本科生31名、研究生5名。
1978年底，同济大学设立建筑工程分校（后独立成为上海城市建设学院），下设路桥系。
1979年，成立李国豪科研组，隶属结构理论研究所，开始桥梁抗震、桥梁抗风和桥梁电算方向的研究。
1981年，结构工程专业（含桥梁与隧道工程方向）首批获硕士和博士学位授予权，当年招收第一届桥梁方向的博士研究生1名。
1982年9月，学校组建结构工程系，将桥梁教研室、桥梁试验室及桥梁工程专业调入该系。撤销公路研究所，该所桥梁研究室教师调入桥梁教研室、李国豪科研组及校内其他部门。
1985年7月，在桥梁教研室和桥梁试验室的基础上，成立桥梁设计室，开始承担设计生产任务。
1986年，结构工程学科（含桥梁与隧道工程学科）被评为首批国家重点学科，建立了博士后科研流动站，开始接受博士后研究人员。
四、跟踪提高时期（1987—2002年）
1987年7月，结构工程系改建为结构工程学院，由桥梁教研室、桥梁研究室、桥梁试验室和桥梁设计室组建成立我国高校中第一个桥梁工程系，隶属结构工程学院，项海帆教授出任首任系主任。桥梁研究室和教研室开始向教授领导的学科组体制过渡，此后陆续建立9个学科组，分别承担相应的科研和教学任务。
1988年5月，国家计委批准在同济大学建设我国土木工程领域中最早的国家重点实验室——土木工程防灾国家重点实验室，挂靠结构工程学院，主要从事土木结构工程抗震与抗风研究，其中桥梁抗震和桥梁抗风是实验室的两个主要研究方向，分别由范立础教授学科组和项海帆教授学科组主攻。重点实验室下属的风洞试验室挂靠在桥梁工程系，先后建成大、中、小配套的3座边界层风洞及风工程馆。
1988年和1990年，先后从结构工程学科中独立设置了“桥梁与隧道工程”二级学科硕士点、博士点和博士后流动站。研究生培养规模逐步扩大。
1989年10月，成立与桥梁工程系系所合一的桥梁工程设计研究所，项海帆教授兼任所长，下设两个桥梁设计室。1993年4月，桥梁工程设计研究所改为同济大学建筑设计研究院桥梁工程设计分院，下设桥梁设计室和综合室，有专业技术人员15人，业务规模此后有所扩大。同年，桥梁工程系与广西柳州建筑机械厂合作成立东方预应力股份有限公司，从事预应力工艺及设备的开发研究。
1994年，学校实行学分制改革，试行弹性学制，逐步扩大学生学习的自主权。李国豪教授当选首批中国工程院院士。1995年，项海帆教授当选中国工程院院士。
1996年7月，上海城市建设学院市政工程系桥梁教研室及所属公司回归同济大学桥梁工程系，公司更名为“上海同济桥梁市政工程技术服务公司”，成为系办产业。
1997年，结构工程学院扩大改建为土木工程学院，下设建筑工程系、桥梁工程系等4个系及土木工程防灾国家重点实验室等。教学方面进行重大改革，按照国家教委颁布的专业目录，先后2次拓宽专业口径：1996—1997年由桥梁工程专业和道路工程专业整合为交通土建工程专业（4年制），原桥梁工程专业成为该专业的一个专业方向；1998年，改设为口径更宽的土木工程专业（含桥梁工程等专业方向）。
1998年4月，桥梁设计分院整体划归同济规划建筑设计研究总院，成为学校产业系统的一部分。桥梁工程系则恢复系所合一的桥梁工程研究所。同年，“桥梁与隧道工程”学科被遴选为国家“211工程”重点建设学科，土木工程防灾国家重点实验室被评估为“优秀”国家重点实验室。
1999年3月，桥梁工程系改革学科组体制，重组及新建桥梁抗震（与国家重点实验室共管）、桥梁抗风（与国家重点实验室共管）、桥梁CAD、大跨度桥梁、混凝土桥梁、钢与组合结构桥梁、桥梁施工技术与控制及桥梁试验室等8个研究室（试验室）。
2000年4月，上海铁道大学土木建筑学院土木工程系桥梁专业教师10人回归同济大学桥梁工程系，增设桥梁结构动力学研究室及轨道交通桥梁研究室（2003年重组为轨道交通桥梁研究室和桥梁施工与信息技术研究室），全系教职工人数首次突破60人。同年7月，“桥梁工程”学科被评为10个上海市“重中之重”学科之一，并在此后的3年内获得4000万元学科建设经费，先后建成了新桥梁馆大楼、数值模拟实验室和大型支座试验室等一批教学、科研基地和设备。
2001年，引进教育部首批特聘教授孙利民，组建成立桥梁健康监测与振动控制研究室。同年，为了加强产学研合作，桥梁工程系与广西柳州建筑机械总厂联合成立“同济OVM预应力研究中心”，开展预应力技术和设备的开发研究。同年，项海帆教授当选为国际桥梁及结构工程协会（IABSE）副主席（2001－2009年），范立础教授当选中国工程院院士。
五、发展壮大时期（2002年至今）
2002年1月，同济大学“桥梁与隧道工程”学科以二级学科第一名的成绩被评为新一轮国家重点学科，并入选国家“211工程”“十五”重点学科建设项目，获得了国家资助，大大改善了教学和科研条件。同年6月，桥梁工程系由老桥梁馆（现致远楼）搬迁至新建成的桥梁馆办公。
2005年，桥梁工程学科被列入国家“985工程”二期资助的“城市建设与防灾”学科建设平台，投入1.2亿元建设由四个大型振动台组成的多功能地震模拟振动台实验室（李国豪实验馆），至2012年5月建成投入使用，是目前世界上规模最大、试验能力最强的振动台试验系统之一。
2007年，“桥梁与隧道工程”学科再次被评为国家重点学科第一名，并为同济大学土木工程学科成为一级国家重点学科奠定了基础。同年5月，桥梁工程系桥梁与结构抗风研究室申请认定通过了交通运输部“桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室”。
2006年和2008年，先后组建成立了桥梁设计方法与过程、桥梁评定与加固两个研究室。
2009年，葛耀君教授当选国际桥梁及结构工程协会（IABSE）副主席（2009－2017年）。
截至2017年，桥梁工程系设有11个研究室和试验室以及教学研究室，组成4个学科群。其中，桥梁抗震研究室和轨道交通桥梁研究室组成桥梁抗震与振动学科群，桥梁与结构抗风研究室组成桥梁与结构抗风学科群，桥梁健康监测与振动控制研究室、桥梁结构试验室和桥梁施工与信息技术研究室组成桥梁监测与控制学科群，混凝土桥梁研究室、钢与组合结构桥梁研究室、大跨度桥梁研究室、桥梁设计方法与过程研究室和桥梁评定与加固研究室组成桥梁结构设计学科群。