第一代外白渡桥建于1856年，名为“威尔斯桥”，是座木桥。
它是由供职于怡和洋行的英国人威尔斯和宝顺洋行的韦韧、霍梅等20人（多为洋行经理或鸦片巨贩）凑资组起的“苏州河桥梁公司”（中国有史以来第一家以桥梁建造为主的公司）投资建造的。桥长137.25米，宽7.015米，中间设活动桥面，船只驶过时须起吊。第二代桥也是英国人威尔斯倡导并主建的，纯粹为了牟利。第三代是铁桥，英商电车公司为钢桥改建费用捐助3500英镑。由豪沃思·厄斯金公司(Howarth Erskine Ltd.)以1.7万英镑中标，并由英国达林顿市克利夫兰桥梁建筑公司制造钢件，威斯敏特市的帕利和比德公司代表工部局在英国监督加工制作。进入21世纪，已经大大超过原本只有50年设计寿命的外白渡桥依然在“负重前行”，承担着日益繁忙的交通负荷，老旧的桥梁混凝土破损、构件变形、墩台老化等一系列问题愈加严重。
2008年3月1日，因上海外滩地区交通综合改造工程实施需要，外白渡桥迎来百年来最大一次整修。在拆除原水泥桥面板后，施工单位于4月7日中午利用黄浦江涨潮时机将桥身顶起，采用整体移桥方式，用驳船将上部钢桁梁逐跨移出送至上海船厂大修。上部结构移位后，同步进行旧墩身拆除及墩身重建施工。这次大修遵循修旧如旧原则，共有16万枚钢铆钉被重新固定，将近63000枚钢铆钉被替换，人行道上重新铺设龙脑香木板，以期恢复到1907年的风格。
2009年2月25日至26日，桥梁工程师们采用国家专利的高分子定位技术，将修复一新的外白渡桥南北两跨成功复位。
2009年4月10日，回归苏州河的外白渡桥焕然一新，重新“上岗”。整修后的外白渡桥，据测算可再为市民服务50年。
2019年桥梁主体结构完好，但附属结构出现不同程度损伤，包括部分钢构件涂装层、景观照明灯线灯具和人行道板等。
2019年9月，市政府对112岁的外白渡桥进行新一轮景观照明和涂装提升工程。依托“璀璨浦江、魅力上海”的整体黄浦江规划主题，外白渡桥以独特的历史风貌，焕发出新的容颜。
