La prima costruzione risale all'epoca romana, ma fu più volte danneggiato dalle alluvioni del fiume: nel 1080 esisteva un ponte in legno, mentre il ponte in pietra a cinque arcate costruito intorno al 1170 fu spazzato via dall'alluvione del 1333, una delle più violente che si ricordino. Dopo la costruzione dei "lungarni", il ponte venne ricostruito nel 1345 ad opera attribuita a Taddeo Gaddi (dal Vasari) o a Neri Fioravanti, a tre valichi ad arco ribassato (Rapporto altezza:larghezza 1:6), con il passaggio fiancheggiato da due file di botteghe artigiane. Veniva così, per la prima volta in Occidente, superato il modello romano che prevedeva l'uso esclusivo di valichi a tutto sesto (ovvero arcate semicircolari) che nel caso di un ponte molto lungo richiedevano un gran numero di arcate, creando così potenziali pericoli in caso di piena, o una pendenza molto accentuata (casi tipici: il Ponte della Maddalena, presso Lucca, il Ponte Fabricio, a Roma), soluzione ugualmente indesiderabile. L'esempio fece scuola, con una simile arcata ribassata fu costruito nel XVI secolo il Ponte di Rialto a Venezia e molti altri.
Giorgio Vasari costruì per Cosimo I il "corridoio vasariano", con lo scopo di mettere in comunicazione il centro politico e amministrativo a Palazzo Vecchio con la dimora privata dei Medici, Palazzo Pitti. Il corridoio sopraelevato, lungo circa un chilometro e costruito in soli cinque mesi, parte da Palazzo Vecchio, passa dalla Galleria degli Uffizi, costeggia il Lungarno Archibusieri, passa quindi sopra le botteghe del lato est (sinistro) del ponte, aggira alla sua estremità la torre dei Mannelli, sostenuto da beccatelli (o "sporti") e prosegue sulla riva sinistra ("Oltrarno") fino a Palazzo Pitti.
Le botteghe, occupate inizialmente da pescivendoli, macellai e conciatori, furono poi occupate da orafi e gioiellieri per ordine di Ferdinando I nel 1593 che mal gradiva un commercio poco nobile e con odori sgradevoli sotto le finestre del Corridoio sospeso.
Il Ponte Vecchio fu visitato da Hitler, Mussolini e le gerarchie naziste e fasciste in occasione del viaggio dei tedeschi in italia del 1939 in cerca di alleanze. Per quella circostanza furono aperti i tre finestroni panoramici al centro del Corridoio Vasariano. Non fu forse un caso che in seguito alla ritirata delle truppe naziste, questo fu l'unico ponte di Firenze che non venne fatto saltare dai tedeschi nel 1944 nel corso della Seconda guerra mondiale. Furono però pesantemente danneggiati i punti di accesso al ponte, le zone di Via Por Santa Maria e Borgo San Jacopo che oggi sono così incongruamente moderne per via della frettolosa ricostruzione dei primi anni '50. Il Corridoio Vasariano nei convulsi giorni della liberazione rimase l'unico modo di spostarsi fra nord e sud della città, come è testimoniato anche nell'episodio dedicato a Firenze del film Paisà di Roberto Rossellini, dove la protagonista passa in incognito da una spoglia Galleria degli Uffizi piena delle statue antiche impacchettate.
Le botteghe di Ponte Vecchio si affacciano tutte sul passaggio centrale, ciascuna con un'unica vetrina chiusa da spesse porte in legno, e spesso presentano un retrobottega costruito a sbalzo sul fiume e sostenuto da beccatelli (o "sporti"). Al centro del ponte le botteghe si interrompono con due terrazze panoramiche: quella est è sormontata dal corridoio vasariano, mentre l'altra ospita il monumento di Benvenuto Cellini, il più famoso orafo fiorentino, realizzato da Raffaello Romanelli e inaugurato il 26 maggio del 1901.
La cancellata del monumento del Cellini viene utilizzata dagli innamorati per appendervi dei lucchetti con scritte a pennarello, simbolo di un legame amoroso che si vuole indissolubile; le chiavi del lucchetto vengono poi gettate in arno affinché simbolicamente nessuno possa più toglierlo. Questa usanza, iniziata pare dai militari della vicina Accademia di San Giorgio alla Costa, risale a non più di venti anni fa e, da pittoresco souvenir, sta diventando una fastidiosa piaga da scoraggiare, per via dell'enorme mole di lucchetti che deturpano ormai le decorazioni del ponte. L'amministrazione comunale ha stabilito nel 2006 una multa di 50 Euro per chi venga sorpreso ad attaccare un lucchetto alla cancellata del Cellini.
Al termine del ponte, fra Borgo San Jacopo e Via Guicciardini, si trovava la torre dei Rossi, in parte distrutta dai Tedeschi nel 1944, che già nel 1838 era abbellita con una fontana composta da una statua di Bacco attribuita a Jacopo Sansovino e da una vasca in marmo. Fortunatamente salvatasi dalla distruzione della torre, dopo la guerra la fontana è stata ricostruita, sostituendo alla vasca originaria un sarcofago romano; la statua di Bacco è in restauro dal 2005.
