A Heuilley, la Saône se divise en 2 bras séparés par l'ile de Fley et le barrage se compose de deux parties distinctes : le barrage supérieur (placé dans le bras gauche de la Saône) et le barrage inférieur (situé près de l’extrémité aval du bras droit de la Saône et au niveau de l'entrée de la dérivation).

Au premier barrage supérieur fixe, construit pendant les premiers travaux d'aménagements du début du 19e siècle, a succédé un barrage mobile à aiguilles en bois, à la fin du 19e siècle. Le projet définitif des travaux d'exhaussement et de transformation du barrage d'Heuilley, établi le 5 avril 1880, précise que la retenue sera exhaussée de 0.4 m et que le nouveau barrage, conçu selon le système Poirée (fermettes et aiguilles), sera construit à 60 mètres en amont du précédent. Le Plan des lieux dressé par le conducteur des Ponts et Chaussées le 24 juin 1880 (et visé par Variot) indique la localisation de l'ancien barrage fixe et celle du nouveau à construire, ainsi que celle de la maison du barragiste et du magasin à aiguilles, sur l'île de Fley, qui ont donc été construits à cette même période (12 S1 a 33). Le procès-verbal de réception définitive des travaux d'exhaussement et de transformation du barrage date du 15 septembre 1883.

Comme la plupart des barrages mobiles sur la Saône, il a été automatisé et les aiguilles ont été remplacées par des vérins hydrauliques.