A partir da segunda metade do sec. XIX, a cidade do Porto assistiu a um franco desenvolvimento económico devido à expansão industrial que então se operava. As fábricas localizavam-se no lado oriental da cidade, dito “brasileiro” dando origem ao crescente tráfego entre Porto e Lisboa. 

Como a ponte Pênsil deixara de dar uma resposta eficaz para a nova dinâmica citadina, o governo determinou, em 1879, a abertura de um concurso para a construção de uma ponte no mesmo local, no sentido de substituir capazmente aquela, tendo como premissa, na sua concepção, dois tabuleiros. A firma G. Eiffel et Cie. apresentou a sua proposta que seria rejeitada pelo governo porque contemplava apenas um tabuleiro à cota  da ribeira, com um sector levadiço na parte central. Embora tivesse sido considerado ineficaz em termos de resposta para a ligação entre os núcleos urbanos do Porto e Gaia, este projecto tinha merecido um Grande Prémio na Exposição Universal de Paris de 1878. 

Apresentaram-se então numerosos concorrentes e foi vencedora a proposta da empresa belga Société de Willebroeck, com a proposta do engenheiro alemão Teófilo Seyrig, que já tinha sido o autor do projecto da Ponte D. Maria Pia enquanto sócio de Gustave Eiffel. A construção da ponte D. Luís I inicia-se então em 1881 e a inauguração do tabuleiro superior acontece a 31 de Outubro de 1886 e a do tabuleiro inferior em 1888.

A estrutura da nova ponte que passou a ser, juntamente com a Torre dos Clérigos o ex libris  da cidade do Porto, pesa no seu conjunto 3.045 toneladas. Tem 395 metros de comprimento, 45 de altura e 8 de largura, sendo o seu arco ainda hoje considerado o maior arco do mundo em ferro forjado. Actualmente o tabuleiro superior é ocupado por uma das linhas do Metro do Grande Porto, ligando a área da Sé do Porto, ao Jardim do Morro e à Avenida da Républica em Vila Nova de Gaia.