D'après Lucien Millot, il existe un pont à Auxonne depuis le début du 13e siècle : "ce n'est qu'après l'affranchissement (1229) que fut construit le premier pont d'Auxonne (vers 1230) ; jusqu'alors, on passait par Pontailler". Il fut souvent reconstruit.

Endommagé en 1668, sa reconstruction était inévitable en 1682 (Vauban établit un devis) et fut confiée à l'architecte mâconnais François André. Le pont avait alors 8 piles de pierre et 4 palées de bois supportant un tablier en bois. Courtépée indique que ce pont de bois a été détruit par une crue en 1744 et reconstruit l'année suivante. Les travaux sont alors confiés à Jean-Baptiste Niepce de Tournus.

Un nouveau pont a été établi en 1829. Un dessin du 24 juillet 1850 montre le projet de construction d'une travée suspendue sur le pont d'Auxonne. Le tablier en bois a été remplacé par un tablier métallique en 1879. Le pont desservait alors la route nationale n°5 de Paris à Genève. L’État des ouvrages de la navigation (fin 19e-début 20è siècle - 3 S 10) indique que le pont d'Auxonne se compose de 11 travées métalliques et qu'une banquette de halage avec mur de soutènement a été construite en 1880. Le Tableau des rectangles navigables des ponts de la Saône de Gray à Lyon (3 S 44), dressé le 3 novembre 1910, confirme les datations suivantes : construction du pont en 1830 et remplacement du tablier en charpente par un tablier métallique en 1879, composé de 10 arcs métalliques de dimensions différentes.

Le pont actuel a été reconstruit après la Seconde Guerre mondiale.