Dự án xây dựng cầu được Toàn quyền Đông Dương thông qua ngày 4 tháng 6 năm 1897 và đến ngày 4 tháng 6 năm 1897 đã tiến hành đấu thầu và 6 công ty xây dựng cầu đường lớn của Pháp tham dự. Mỗi nhà thầu được phép đưa ra 2 dự án được gọi là dự án A và B, ông Fourès, Thống sứ Bắc Kì được cử làm Chủ tịch Hội đồng thẩm định các dự án. Cuối cùng, Hội đồng mở thầu đã chọn dự án B của công ty Daydé & Pillé với giá 5.390.794 franc Pháp. Cây cầu được thiết kế với kiểu dáng độc đáo do hãng Daydé & Pillé thiết kế [cần dẫn nguồn], giống với kiểu dáng của cầu Tolbiac ở quận 13, Paris trên tuyến đường sắt Paris - Orléans, Pháp. Nha công chính Đông Dương xây dựng phần cầu dẫn. Ngày 12.9.1898 diễn ra lễ khởi công xây dựng và sau hơn 3 năm (chính xác là 3 năm chín tháng) thì hoàn thành, dù kế hoạch dự trù phải mất 5 năm. Để tiến hành xây dựng cầu, người ta phải tuyển mộ hơn 3000 công nhân bản xứ và một đội ngũ khoảng 40 giám đốc, kỹ sư, chuyên gia và đốc công người Pháp để điều hành công việc. Người ta đã dùng đến 30.000m3 đá và kim loại (5600 tấn thép cán, 137 tấn gang, 165 tấn sắt, 7 tấn chì). Tổng số tiền thực chi lên tới 6.200.000 franc Pháp, không vượt quá dự trù là bao.[1]

Cầu dài 2290m qua sông và 896m cầu dẫn, gồm 19 nhịp dầm thép đặt trên 20 trụ cao hơn 40m (kể cả móng) và đường dẫn xây bằng đá. Cầu dành cho đường sắt đơn chạy ở giữa. Hai bên là đường dành cho xe cơ giới và đường đi bộ. Đường cho các loại xe là 2,6m và luồng đi bộ là 0,4m. Luồng giao thông của cầu theo hướng đi xuôi ở phía trái cầu chứ không phải ở bên phải như các cầu thông thường khác.

Nhiều người Việt Nam đã phải bỏ mạng khi xây dựng cây cầu, như bài vè lưu truyền trong dân gian đã nói[2]:

Lập mưu xây được cây cầu - Chế ra cái chụp để mà bơm lênBơm hết nước đến bùn đen - Người chết như rạ, phải len mình vàoVỡ bơm nước lại chảy vào - Chết thì mặc chết, ai nào biết không”

Toàn quyền Paul Doumer trong hồi ký viết: "kết quả thu được cho thấy sức mạnh của nền văn minh Pháp. Tiến bộ khoa học, sức mạnh công nghệ của chúng ta đã chinh phục được người dân địa phương, những người từng không khuất phục trước súng đạn (…). Tôi vui mừng chứng kiến Bắc Kỳ trước đó 5 năm còn nghèo khó, run rẩy và lo sợ, giờ trở thành một vùng bình yên, trù phú và tự tin. Được hưởng nhiều tiến bộ hơn những địa phương khác, Hà Nội đã trở thành một thủ đô to đẹp nơi người ta chứng kiến những công trình mới, những ngôi nhà theo kiến trúc Âu châu mọc lên từng ngày. Ngay cả người dân địa phương cũng tham gia vào quá trình thay đổi này với những ngôi nhà xây bằng gạch ngày càng nhiều hơn. Từ năm 1898 đến 1902, toàn Bắc Kỳ, đặc biệt là Hà Nội, vận động không ngừng nghỉ, dân số cũng tăng đáng kể. Nếu như năm 1897 có khoảng 30.000 người ở Hà Nội, thì đến năm 1902 đã có hơn 120.000 người”[3].

Liên quan đến Kiến trúc sư Gustave Eiffel

Trên một số phương tiện thông tin đại chúng ở Việt Nam xuất hiện thông tin rằng kiến trúc sư Gustave Eiffel là người thiết kế cầu Long Biên. Tuy nhiên, điều này là không chính xác.

Tấm biển ghi tên nhà thầu Daydé & Pillé được gắn trên cầu Long Biên. Phía trên là năm khởi công và khánh thành

Thực tế, Gustave Eiffel đã từ chức và rút lui khỏi công ty của mình (Compagnie des Etablissements) vào ngày 14 tháng 2 năm 1893, trước khi ý tưởng xây dựng cầu Long Biên được đề xuất. Sau khi Eiffel từ chức, công ty Compagnie des Etablissements của ông đã đổi tên thành La Société Constructions Levallois-Perret, và do Maurice Koechlin làm Giám đốc điều hành.

Năm 1897, khi đấu thầu xây dựng cầu Long Biên, công ty Levallois-Perret là một trong sáu nhà thầu tham gia nộp bản vẽ thiết kế, nhưng không trúng thầu. Công ty Daydé & Pillé mới là nhà thầu đã trúng thầu. Trong các bản vẽ thiết kế cầu Long Biên của Daydé & Pillé hiện được lưu giữ tại Trung tâm Lưu trữ Quốc gia I có các chữ ký gốc của các kỹ sư của Daydé & Pillé và chữ ký gốc phê duyệt bản vẽ của Toàn quyền Đông Dương Paul Doumer, không có chữ ký nào là của Eiffel.[4] Do vậy, Eiffel và công ty của ông không phải là tác giả thiết kế và cũng không tham gia xây dựng cầu Long Biên.[5]