Bekannt ist die Brücke durch die dort 312 ausgetragene Schlacht bei der Milvischen Brücke. Erbaut wurde sie 207 v. Chr. als Holzbrücke mit den Namen Pons Milvius, da der erste Erbauer der gens Milvia angehörte. Die Brücke wurde im Mittelalter beschädigt und ist als
"ponte mollo" bekannt. Papst Martin V (1429) beauftragte den Architekten Francesco Genazzano, die Brücke zu reparieren.
Papst Pius VII. Chiaramonti (1800-1823) beauftragte den Architekten Giuseppe Valadier, den Entwurf der Brücke zu ändern. Im Jahr 1849 wurde sie von Garibaldi mit der Absicht teilweise zerstört, sich dem französischen Angriff zu widersetzen und später durch Papst Pius IX. Feretti 1846-1878 von Franzesco Azzurri erneuert. Die letzten kriegerischen Auseinandersetzungen an der Brücke enden mit dem Zweiten Weltkrieg. Den ganzen Verkehr mit schweren Panzerwagen hat sie überstanden, ein hervorragendes Zeugnis für die römische
Brückenbaukunst.
Die Brücke ist 136 m lang und 8,75 m breit. Von den vier mittleren Bögen sind zwei original römisch und zwei teilweise antik. Die Bögen zwei und drei sind mit weißem Travertin verkleidet. Die vier zentralen Bögen haben ca. 18 m lichte Öffnung, während die Endöffnungen 9 m weit sind. Diese hatten hölzerne Überbauten und wurden erst in neuerer Zeit mit Ziegelgewölben ersetzt.Die Travertinverkleidung ist im Bereich des Niedrigwassers solide mit Läufern und Bindern abwechselnd im Verband gebaut, während im oberen Bereich
nur eine Steinreihe vorhanden ist. Die Gewölbe zwei und drei sind noch der Antike aus dem Jahre 109 v. Chr. zuzuschreiben. Gewölbe vier besteht ganz aus Ziegelsteinen, Gewölbe fünf hat nur im oberen Bereich Mauerwerk. Dies ist den Reparaturarbeiten aus der Zeit des Papstes Nikolaus V. im Jahr 1458 zuzuschreiben.In den Pfeilern befinden sich Flutöffnungen in unterschiedlichen
Abmessungen.
Seit einiger Zeit ist es Brauch der Jungverliebten, ein Vorhängeschloss an der zentralen Brückenlaterne der Milvischen Brücke anzubringen und anschließend den Schlüssel in den Tiber zu werfen. Für die Verliebten bedeutet dies, dass ihre Liebe in Zukunft von niemandem auseinandergebracht werden kann.
Vermutlich wurde dieser Brauch von den Absolventen der Sanitätsakademie San Giorgio initiiert, die nach dem Ende Ihrer Ausbildung die Vorhängeschlösser der Umkleideschränke an der Brückenlaterne befestigten. Dieser Brauch wurde dann von den Verliebten übernommen. Besondere Popularität erlangte diese
Tradition nach dem Erscheinen des Buches "Ich habe Verlangen nach Dir" von Federico Moccia. Die zwei Hauptpersonen der Erzählung schwören sich ewige
Liebe am zentralen Mast der Brücke, während sie das Vorhängeschloss schließen.
Der Brauch wird auch an der Alten Brücke (Ponte Vecchio) in Florenz gepflegt, wobei die Vorhängeschlösser am Gitter des Monumentes von Benvenuto Cellini angebracht werden.