Có khả năng cây cầu vòm lâu đời nhất còn tồn tại là Cầu Arkadiko thời kỳ Mycenaean ở Hy Lạp từ khoảng năm 1300 trước Công nguyên. Cây cầu vòm bằng đá vẫn đang được người dân địa phương sử dụng. Cầu Eleutherna thời kỳ Hellenistic được bảo tồn tốt có vòm hình tam giác (còn được gọi là vòm Corbel hay vòm "giả").[1] Cầu bộ hành Rhodes từ thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên nằm trên một vòm voussoir thời kỳ đầu.[2]

Mặc dù thiết kế vòm đã được người Etruscans và người Hy Lạp cổ đại biết đến, người La Mã – như có thể thấy ở thiết kế vòm trần và vòm mái – là những người đầu tiên nhận thấy tiềm năng của thiết kế vòm trong việc xây dựng cầu.[3] Danh sách các cây cầu thời La Mã do kỹ sư Colin O'Connor biên soạn có 330 cây cầu bằng đá thời La Mã dành cho giao thông, 34 cây cầu bằng gỗ thời La Mã và 54 cầu dẫn nước thời La Mã, một số lượng đáng kể vẫn đang đứng vững và thậm chí còn cho phép phương tiện lưu thông.[4] Một cuộc khảo sát đầy đủ hơn của học giả người Ý Vittorio Galliazzo đã tìm thấy 931 cây cầu thời La Mã, chủ yếu bằng đá, ở 26 quốc gia (bao gồm cả Nam Tư cũ). [5]

Cầu vòm thời La Mã thường có hình bán nguyệt, mặc dù một số là cầu vòm cung tròn (chẳng hạn như Cầu Alconétar), một cây cầu có vòm cong nhỏ hơn hình bán nguyệt. Ưu điểm của cầu vòm cung tròn là nó cho phép lượng nước lũ lớn đi qua bên dưới, giúp cho cây cầu không bị cuốn trôi khi có lũ lụt và bản thân cây cầu có thể nhẹ hơn.[6] Nhìn chung, các cây cầu thời La Mã có vòm chính với những khối đá hình nêm (voussoir) có cùng kích thước và hình dạng.

Một trong những phần còn lại của Cầu Alconétar

Các kỹ sư La Mã là những người đầu tiên và duy nhất (tính đến thời điểm của cuộc cách mạng công nghiệp) xây dựng cầu bằng bê tông, mà họ gọi là Opus caementicium. Phần bên ngoài của công trình thường được bao phủ bằng gạch hoặc ashlar, ví dụ như cây cầu Alcántara.

Cầu Alcántara ở Tây Ban Nha (được xây dựng vào năm 103-106 Công Nguyên)

Người La Mã cũng đã đưa thiết kế cầu vòm cung tròn vào xây dựng cầu. Cây cầu dài 330m tên Limyra ở tây nam Thổ Nhĩ Kỳ có 26 vòm cung tròn với tỷ lệ chiều ngang trên chiều dọc trung bình là 5,3: 1,[7] tạo cho cây cầu một thiết kế phẳng khác thường mà không một cây cầu nào có thể so sánh được trong suốt hơn một thiên niên kỷ. Cầu Trajan bắc qua sông Danube có kết cấu mở với các vòm cung tròn làm bằng gỗ (đặt trên trụ bê tông cao 40m). Đây là cây cầu vòm dài nhất trong một nghìn năm cả về tổng chiều dài nhịp và chiều dài mỗi nhịp, trong khi cây cầu thời La Mã dài nhất còn tồn tại là cây cầu Puente Romano dài 790m ở Mérida. Cầu Karamagara thời La Mã hậu kỳ ở Cappadocia có thể là đại diện lâu đời nhất còn tồn tại cho loại cầu có vòm nhọn.[8]

Cầu Puente Romano ở Mérida, Tây Ban Nha

Ở châu Âu thời Trung cổ, những người xây cầu đã cải tiến các cấu trúc của người La Mã bằng cách sử dụng các trụ cầu hẹp hơn, thùng vòm mỏng hơn và tỷ lệ chiều ngang trên chiều cao cao hơn cho những cây cầu. Những vòm nhọn kiểu Gothic cũng được sử dụng, làm giảm lực đẩy ngang và nhịp cầu tăng lên như ví dụ Puente del Diablo (1282).

Đặc biệt, thế kỷ thứ 14 đã chứng kiến việc xây cầu đạt đến một tầm cao mới. Chiều dài nhịp 40m, trước đây chưa từng được biết đến trong lịch sử xây vòm bằng gạch đá, lúc bấy giờ đã xuất hiện ở nhiều nơi như Tây Ban Nha (Puente de San Martín), Ý (Cầu Castelvecchio) và Pháp (Cầu Quỷ và Pont Grand) và với các loại vòm khác nhau như hình bán nguyệt, vòm nhọn và vòm hình cung tròn. Cây cầu ở Trezzo sull'Adda, bị phá hủy vào thế kỷ thứ 15, thậm chí có chiều dài nhịp là 72m, không có một đối thủ nào cho đến năm 1796.[9]

Cầu Quỷ, ở Céret, Pháp (1341)

Các công trình xây dựng như cầu vòm cung tròn nổi tiếng Ponte Vecchio (1345) ở Florence kết hợp với công nghệ hợp lý (tỷ lệ chiều ngang trên chiều cao là 5,3:1) với tính thẩm mỹ cao. Ba mái vòm thanh lịch của Ponte Santa Trinita thời Phục hưng (1569) tạo thành cây cầu vòm hình elíp lâu đời nhất trên toàn thế giới. Những công trình thấp như vậy đòi hỏi những mố cầu khổng lồ, chẳng hạn như cầu Rialto ở Venezia và cầu Fleischbrücke ở Nuremberg (với tỷ lệ chiều ngang trên chiều cao là 6,4:1) được xây dựng trên hàng nghìn cọc gỗ, một phần được cắm xiên vào nền để cân bằng lực đẩy ngang hiệu quả hơn.

Ponte Vecchio ở Florence, Ý (1345)

Ở Trung Quốc, cây cầu vòm lâu đời nhất hiện có là Cầu An Tế vào năm 605 Công nguyên, kết hợp tỷ lệ chiều ngang trên chiều cao rất thấp là 5,2:1, với việc sử dụng các vòm có kết cấu mở (được gia cố bằng những khung sắt). Cầu An Tế, với chiều dài 51m và chiều dài nhịp khoảng 37m, là cây cầu vòm cung tròn kết cấu mở hoàn toàn bằng đá đầu tiên trên thế giới, cho phép nước lũ đi xuyên qua nhiều hơn.[10] Những cây cầu với kết cấu mở có thể được tìm thấy trên toàn thế giới, chẳng hạn như ở Trung Quốc (Cầu An Tế, thế kỷ thứ 7). Hy Lạp (Cầu Arta, thế kỷ 17) và xứ Wales (Cầu Cenarth, thế kỷ thứ 18).

Cầu An Tế, thế kỷ thứ 6-7 Công nguyên

Ở những thời hiện đại hơn, những mái vòm bằng đá và gạch tiếp tục được xây dựng bởi nhiều kỹ sư cầu đường, bao gồm Thomas Telford, Isambard Kingdom Brunel và John Rennie. Một người thiết kết cầu tiên phong quan trọng là Jean-Rodolphe Perronet, người đã sử dụng những trụ cầu hẹp hơn đáng kể, những phương pháp tính toán sửa đổi và tỷ lệ chiều ngang trên chiều cao đặc biệt thấp.