Initialement, le barrage d'Auxonne était un barrage fixe. Le devis des ouvrages à exécuter en date du 20 avril 1840 (Lacordaire) indique que le barrage sera placé en écharpe sur la Saône et qu'il aura une longueur complète de 260 mètres destinée au déversement. Il sera prolongé sans interruption à travers l'île du Château dont le sol sera déblayé à cet effet. Le barrage devra permettre de maintenir un tirant d'eau d'1,20 mètre jusqu'à l'écluse de Poncey. Il sera doté d'un pertuis de 20 m de longueur sur 15 de large entre ses bajoyers (12 S1 a 21). On sait qu'en 1841 les fondations de cet ancien barrage étaient établies sur la moitié de la longueur (Situation des Travaux).

Des travaux d'exhaussement ont eu lieu en 1854 (procès-verbal d'adjudication des travaux en avril 1852 - 12 S1 a 21).

Le projet de transformation du barrage fixe est approuvé en 1894 (adjudication en avril 1894, projet de l'ingénieur Variot). Il comprend le dérasement sur 0,8 m de hauteur du barrage fixe et l'établissement sur l'ouvrage ainsi abaissé d'un système de barrage mobile à fermettes et la fermeture du pertuis par un mur. La construction d'un magasin est projetée (sur des terrains militaires - 12 S1 a 21).

Le barrage actuel, inauguré en juillet 2011, a été placé à l'aval immédiat de l'ancien barrage à aiguilles, conservé pour sa valeur historique, mais également encore utilisé quand il faut effectuer des travaux sur le nouveau barrage.