建设历程
勘测设计
1899年5月《津浦铁路借款草合同》签订后，德国孟阿恩桥梁公司为选铁路越黄河的桥址，自1901年起，在济南附近黄河上、下游90公里的范围内，进行了历时3年的勘测、比选，认为在泺口镇建桥较为适宜，并提出河段工程说明及建造图式。1908年8月12日，德国孟阿恩桥梁公司与津浦铁路北段总局正式签订了建造黄河桥合同。
即将开工之际，山东省道员丁达意考虑到建桥后桥墩阻水，易引起河防险患，要求德国孟阿恩桥梁公司加大桥孔跨度、减少桥墩，虽经多次磋商无结果。1908年12月30日，邮传部派顾问、中国铁路工程专家、(北)京张(家口)铁路局会办兼总工程师詹天佑等来济南协调。到济后，先到泺口勘察，详细了解险情和历年水文变化情况，与各方多次商讨，并考虑到当时的经济能力，决定采用“减少桥墩、扩大桥孔、加固堤身”的方法来统一两方意见。之后，又修改桥式达5次之多。1909年下半年确定：全桥12孔；梁下留有充分的通航空间，一般水势时水面距桥下桁梁10米，较大水势时为7米。
桥上铺设单线线路，留有铺设双线的余地，但铺设时桁架需另行加固；载重为E-35级；按7度地震烈度设防。
工程施工
河道北部漫滩较宽阔，建有8孔跨度91.5米简支钢桁梁；河道南部漫滩较狭窄，建有1孔跨度91.5米简支钢桁梁；主河槽之上为3孔钢桁梁；左右两孔为跨度128.1米的锚臂梁，并越过桥墩各向中间一孔延伸27.45米形成伸臂，伸臂与109.8米的悬梁以摆柱式活动铰联结，构成跨度164.7米的一孔。钢桁梁总重8625吨。
大下部结构自北岸算起，第1～7号桥墩及南北两桥台为钢筋混凝土桩基础，采用汽力旋转打桩机打入，共用桩1270根。施工时，曾使用“杠杆法”对桩柱进行载重测试，每桩承载能力达150吨，为设计载重能力的2倍。第8、9、11号桥墩为气压沉箱加桩基础，第10号桥墩为气压沉箱基础，沉箱采用内挖法下沉。为避免洪水冲刷，分别在4个桥墩周围打筑木排桩，棱角处使用铁桩，桩围之内挖出泥土，充填石块，然后用水泥封顶。
全桥基础以上的墩身、台身均用混凝土浇筑，表层以料石镶面。
1912年11月，大桥完工。造价为1165.8893万德国马克，折合当时库平银454.56万两。1912年11月28日，由津浦铁路北段总局总工程司德浦弥勒负责验收，经对轨道及桥梁各部位检测，均符合设计标准。检测大桥载重能力时，采用了较原始的“划痕法”和“冯次乐夫氏测量器”，各孔均能满足设计要求。29日，由桥梁公司正式交付津浦铁路北段总局管理。至此，津浦铁路全线贯通，结束了以黄河为界分南北两段通车的局面。
建国后，大桥一直由济南局济南工务段泺口桥梁领工区负责检查、保养和维修。
管理维护
破坏与修复
1928年，南京政府国民革命军北上攻打奉系军阀张作霖。5月，据守山东的奉系军阀张宗昌溃逃时，炸坏大桥，第8号墩顶部被炸去约3.8米，第8孔梁及第9孔的端横梁坠落在桥墩上。后由津浦铁路管理局发包给南京裕庆公司修复，1929年4月先行通车，7月全部完工，共投资2.01万元。 国民党军阀中原大战爆发后，1930年端午节前后，蒋介石部与阎锡山、冯玉祥部隔河炮战，击伤钢梁多处。1931年，由津浦铁路管理局大修加固，共耗资2.67万元。
1937年11月，日本侵略军南犯济南，山东省政府主席、第五战区副司令长官韩复榘率部溃退时，组织铁路工程队将大桥炸毁。第9、10号桥墩水面以上全部被炸飞，3孔悬臂梁断裂坠入河中，第3、4、5、6、7、8各孔钢梁均一端坠地，钢梁杆件被炸伤87处之多。日军占领济南后，于1938年1月由日本黄河桥工程事务所施工，7月修复通车。共投资376万元，用钢材4000余吨。因悬臂梁损坏严重，更换为日本铁道部大臣官房研究所设计、日本汽车制造株式会社制造的新梁。架梁时出于军事需要，未待铆合，即强行通车，致使第10孔孔梁下挠240毫米，给大桥留下隐患。
1949年2月，国民党军队派飞机轰炸泺口黄河特大桥，炸伤悬臂梁，当时进行了焊修。1959年又进行大修加固。
灾害防护
1910年，洪水将正在施工中的第10号墩基础冲毁，发觉原设计欠妥，后增加了沉箱下沉深度。
1958年，大桥经历了二百年一遇的特大洪水冲击，桥墩护桩冲刷严重。7月23日洪峰最大，其流量为11940立方米/秒，流速为4.4米/秒，持续时间长达5个小时。8月6日，周恩来总理飞抵济南，在山东省和济南局领导同志陪同下，步上大桥，察看水情，详细询问了防洪措施及大桥的使用情况，要求一定要确保大桥安全，保证铁路正常运输。7日，济南局确定了大桥的防洪措施，11日开始施工，采用了打铁桩加强桥梁平面的稳定性、修筑防水屏障阻挡水流冲击等方法，同时对10号桥墩抛石笼加以防护。事后测知，该方法对防止桥墩遭受冲刷起到了重要的作用。施工中,济南局基建处第一线桥工程队戈福增技师建议，把原用铁丝编制的石笼改为竹篾编制，节约了大量金属材料，并改进了劈竹刀具，提高工效15倍。21日，大桥防洪工程提前两天完工，保证了津浦铁路干线的畅通。
1970年，冰排阻塞河道，危及大桥安全，中国人民解放军驻济部队开炮炸开冰凌，消除了特大凌汛的威胁。
检测加固
建国初，针对大桥存在的病害的隐患，采取了限制双机联挂及通过大桥的列车速度不得超过20公里/小时的措施。1951年9月，铁道部工务局桥梁检定队对该桥进行了全面检测，认定：9孔简支梁最低等级为中-23级、3孔悬臂梁最低等级为中-25.2级，不需要采取限速措施，但仍应限制双机联挂，防止超载。同时，依据检测结果，进行了整修和加固。
1960年及1966年又进行了结构试验，各项指标尚能满足要求。但对第10孔钢梁下挠对承载能力的影响，未能做出结论。1981年，济南局工务部门对大桥上部结构进行了重点测量、检查和检算。1982年，由济南局桥隧大修段进行了加固。
由于黄河水含沙量大，河床淤高快，特别是进入上个世纪90年代，桥址河床平均淤高2.3米，其间河堤连续加高了三次。因防汛安全需要，当时国务院和铁道部文件规定，从1991年4月21日起，大桥停止客货列车通过，全桥封闭，所有客货列车改经位于齐河县的曹家圈大桥横渡黄河。
修复改造
1992年，国家决定修建邯郸至济南的铁路，有关专家认为，泺口黄河铁路大桥仍有使用价值。经过一系列科学检测鉴定，证明泺口黄河铁路大桥具有充足的剩余寿命，于是决定对泺口黄河铁路大桥进行修复改造。1998年伊始，泺口老桥抬高加固工程开工，将北端八孔钢梁抬高与主桥孔梁底相平。2000年5月31日泺口黄河铁路大桥又正式恢复通车。据专家测算，泺口黄河铁路大桥完全可以再使用50年。2006年，京沪铁路进行电气化改造，这座百年老桥再次焕发生机，日通行列车28对。
桥梁建筑
泺口黄河铁路大桥长1236.00m，共12孔，孔跨布置为64m 7×91.5m 128.1m 164.7m 128.1m 91.5m。桥面宽为：1～4孔6.2m，5～12孔10.4m，桥面高程37.33m。主桥最大跨度164.7m，桥下弦高程35.63m。桥墩形态为三角形，桥梁结构形式为钢承桁梁。其中1～8孔、第12孔为简支下承桁梁，9、10、11孔为3联悬挂下承桁梁。桥梁总重量8784.6t，设计荷载为中荷载。3联孔线路为平道，其余均为1/150坡道。1992年将北4孔拆除并于1999年抬高。
该桥采用平交方式与黄河堤防交叉，并修建辅道以保证黄河防汛抢险的交通畅通，其中在左岸导流堤北侧修建辅道，右岸在临河侧修建辅道。
重要意义
虽然泺口黄河铁路大桥仍在正常使用中，但已被列为第七批全国文物保护单位。闲暇之余，不少市民在黄河南岸的“济南百里黄河风景区”游玩时， 远眺泺口黄河铁路大桥，欣赏它磅礴雄姿、追忆其沧桑历史。泺口黄河铁路大桥，已成为了人们凭吊历史、欣赏黄河风光的好去处。
