Căn cứ bài thơ "Thuận Hóa thành tức sự" của nhà thơ Thái Thuận, thi sĩ Quách Tấn đã cho rằng dưới thời vua Lê Thánh Tôn năm 1442-1497, sông Hương đã có cầu. Chiếc cầu đó, được làm bằng song mây bó chặt lại với nhau và nối liền nhau, nên có tên là cầu Mây. Vì cầu có hình cái mống úp lên sông, nên còn có tên là cầu Mống. Trải bao năm tháng, không biết khi nào, cầu Mống được làm lại bằng gỗ, mặt cầu lát bằng ván gỗ lim.
Năm Thành Thái thứ 9 tức 1897, chiếc cầu trên được nhà cầm quyền Pháp giao cho hãng Eiffel của Pháp thiết kế và khởi công xây dựng lại bằng sắt, đến năm Thành Thái thứ 11 tức 1899 thì hoàn thành và được mang tên vị vua này. Tổng cộng tiền xây cầu Thành Thái tiêu tốn hết khoảng 400 triệu đồng, là một số tiền lớn vào thời đó. Tổng chiều dài cây cầu lúc bấy giờ là 401,10 m, rộng 6,20 m, gồm 6 nhịp dầm thép hình vành lược - hình bán nguyệt - và hình dáng đó về cơ bản được giữ nguyên cho tới ngày nay.
Năm Giáp Thìn tức 1904, bão lớn làm cầu hư hỏng nặng. Hai năm sau, tức năm Thành Thái thứ 18 tức 1906, chiếc cầu mới được tu sửa lại, và mặt cầu được đúc bằng bê tông cốt thép. Năm 1907, khi vua Thành Thái bị thực dân Pháp đày sang đảo Réunion, thì chính quyền thực dân Pháp cho đổi tên là cầu Clémenceau, theo tên của Georges Clemenceau, một Thủ tướng Pháp thời Thế chiến thứ nhất.
Năm 1937, dưới triều vua Bảo Đại, cầu Trường Tiền được trùng tu, cải tạo lớn. Cầu được mở rộng hành lang hai bên cho xe đạp và người đi bộ. Ở hành lang tại vị trí trụ cầu giữa 2 vài có các ban công phình rộng ra - là nơi nghỉ chân, ngắm cảnh hay tránh nhau.
Năm 1945 chính phủ Trần Trọng Kim đổi tên là cầu Nguyễn Hoàng. Năm 1946, trong chiến tranh Việt - Pháp, cầu bị đặt mìn, giật sập hai nhịp phía tả ngạn. Hai năm sau cầu được tu sửa tạm để qua lại. Năm 1953, cầu được sửa chữa hoàn chỉnh như cũ. Trong Sự kiện Tết Mậu Thân, trụ 3 và nhịp 4 bị phá hủy, khi quân Mặt trận Giải phóng miền Nam cho giật sập để cắt đường phản công của quân đội Việt Nam Cộng hòa. Sau đó, một chiếc cầu phao được dựng tạm lên bên cạnh để nối đôi bờ; rồi cầu được tu sửa tạm thời.
Sau khi kết thúc chiến tranh 1975 cầu được đổi tên thành "Tràng Tiền " và mãi tới năm 1991 cầu Tràng Tiền mới được khôi phục, trùng tu. Lần trùng tu này kéo dài trong 5 năm và có nhiều thay đổi quan trọng. Dỡ bỏ các ban công ở hành lang hai bên tại vị trí các trụ cầu, lòng cầu bị hẹp lại do phải nẹp thêm hai ống lan can, màu sơn ghi xám thay cho màu nguyên bản từ xưa của cầu là màu nhũ bạc ....
Từ Festival Huế năm 2002, cầu Tràng Tiền được lắp đặt một hệ thống chiếu sáng đổi màu hiện đại... và đến năm 2004 cầu lại 1 lần nữa được đổi tên thành Trường Tiền và được sử dụng cho đến bây giờ.