1908年6月底，曾在清廷內部引起多年爭議的津浦鐵路（由天津至南京浦口）終於醞釀動工建設。其中鐵路北段（自京奉鐵路天津總站至山東韓莊）需要承擔跨越黃河鐵路橋的修築。這是津浦鐵路修建過程中，遇到的最為困難的工程。
鐵路橋的位置在濼口。這裡位於濟南城北，萬里黃河到了此處已經十分平靜。在這裡，黃河北依大壩，南枕鵲山，河寬1300米。
當時承建大橋修築任務的是德國孟阿恩橋樑公司。為了選擇適合的橋址，德國人從1901年起就在濟南附近黃河上下游90公里範圍內，進行勘測和比選。經過近三年的考察，他們最後才選定了濼口作為橋樑修築地點。
在大橋即將開工之際，山東道員丁達意卻對德國人的方案提出了反對意見。濼口既是水路交通要衝，也是濟南城北防洪的關鍵。他要求建橋必須提高標準，做到既要對繁榮濟南有利，又不能因橋墩阻水而引起河防險患。在德國人也束手無策之際，他請來了時任津浦參議、著名鐵路工程師詹天佑來濟南協商把關。
詹天佑主持修築的京張鐵路，令其聲名大噪，成為國人心目中的鐵路建設權威。他趕赴濟南，足見大橋的重要以及困難。
詹天佑經過實地勘察，詳細瞭解歷年水文變化情況，並考慮到當時的經濟能力，提出了兩方都能接受的“減少橋墩、擴大橋孔、加固堤身”的方案。最終確定鐵路橋長1255.20米，11座橋墩12孔；梁下留有充分的通航空間；橋上鋪設單線線路，留有鋪設雙線的餘地；按七級地震烈度設防。
濼口大橋的修建時間，幾乎和整條津浦鐵路的修建時間差不多長。從1909年7月大橋正式開工，直到1912年11月16日才建成。
正因為這座大橋修建困難，才延遲了南北兩段直線通車的時間。津浦鐵路南北兩段鐵路分別在1911年10月和11月已經通車，但因為濼口大橋沒建成，只能先兩段分別通車。
1912年11月28日，津浦鐵路北段總局總工程公司負責驗收，經對軌道及橋樑各部位檢測，均符合設計標準，次日由橋樑公司正式交付津浦鐵路北段總局管理。1913年1月1日，濼口大橋正式投入使用，標誌著津浦鐵路全線貫通。
津浦鐵路雖然工程量大，又有鐵路橋修築，但依舊創造了當時鐵路修築的速度記錄。緩緩行進的火車，串起了中國東部南北交通的大動脈。
濼口黃河大橋修築完成後，在後來的歲月裡曾先後遭到四次轟炸，但仍巍峨屹立在黃河兩岸。
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