卢沟桥一段，自古是太行山东麓南北交通的要津，石桥建筑之前，水浅时行人涉水或以车渡，并架季节性浮桥以供通行。至金海陵定都中都之后，在京城南门外的卢沟渡口，成了南北通行的一大障碍，车马堵塞日甚。世宗大定二十八年（1188年）五月，令建石桥，至次年事未果而世宗先逝。后从章宗继位开始，至明昌三年（1192年）才建成，从此此桥便担负起南北交通的大任，并造福于后人。
卢沟桥为联拱石桥。全长266.5米，共11孔，为华北最长的古代拱桥，在工程技术上，有许多突出的成就。桥以10个平面呈船形的桥墩为基础，前尖后方利于水流进出，同时在前尖安置一根边长约26厘米的三角铁，以破击随流而下的冰块和坚硬物体，保护桥墩不受损害。三角铁人称“斩龙剑”，民间流传不少伏龙降妖一类的神话。桥墩分水尖之上，压了六层石面，上五层逐层收叠，最上呈琴面状，总厚1.83米，长4.5～5.6米，起着桥墩压力的平衡作用。每个桥墩之间的距离不等，中心孔为21.35米，两头末孔为16.49米。券拱的跨径与桥墩距离一致，亦是由中心孔13.42米，至两头为11.5米。券拱用纵联式砌法，内券用长短不一的券石，外侧另券一道券脸，在拱底与券脸石之间以横石牵固，使整个券拱混成一体。券脸石上压伏石出券。所有桥墩、券拱部分，石与石间均镶腰铁，以加固其间的联系。
桥面自下而上可分作伏石、仰天石和桥石三重。桥面宽7.50米，至仰天石外缘总宽9.30米，河身桥面长213.15米，雁翅桥面斜长28.2米，入口宽32米。桥中心较两端高93.5厘米，坡度约千分之八，坡势平缓。由雁翅外入口处至桥上高差2.13米，坡度约千分之三十五。桥面两侧立石栏杆279间（南侧139间）、栏板279块、望柱281根。栏板平均高85厘米，内侧刻作立枋、寻杖、瘿项、裙板。栏杆每间立望柱，柱高1.4米，柱头刻仰复莲座，座下刻荷叶墩，柱顶刻狮子。
除桥体之外，附着于桥上的雕刻艺术也很精美。在拱顶两侧，还保存3个龙头，看似凶猛而又显温顺，形象类似隋赵州桥上的龙头风格。而桥上最多，也最引人注目的是狮子。人们常说“卢沟桥的狮子数不清”，这种传说至少在明代已经流行。经反复清查，按位置所在，栏杆望柱头上大狮子281个，柱头大狮子身上的小狮子198个，桥东端抱鼓石前大狮子2个，桥两头华表顶上的狮子4个，共计485个。这些狮子，雕得姿态各异，生动活泼，有雌有雄、有大有小。柱头大狮子身上、刻了许多头小狮，小到十几厘米以至几厘米。它们三三两两，有的在大狮头上，有的在背上，有的在怀中，有的奔跑，有的戏弄大狮胸铃，还有的只露一张嘴或半个头部。这些石刻已非同一时代，自金至清的作品皆有。
桥两头屹立的4根华表，高4.65米左右。下有须弥座，柱身八角形，上端横贯方板，顶上刻仰复莲，上立一狮。整体形状与北京故宫天安门前华表相类似。[7]
卢沟桥自建成之后，从明永乐至嘉靖凡六修，清康熙至乾隆凡六修，但仅修、配而已，对于桥体本身、拱及基础部分并未触及。
对这座历经近800年的古桥，北京市文物、交通运输、市政设计、基建等部门，曾周密慎重地进行过一次载重检验。
检验用四百多吨的大平板车（包括板车自重）运行。试验共分七级，每级加载往返运行，最后加载至429吨，共取得300多个数据。桥孔瞬时最大挠度，东起第二孔（康熙时加修过）为0.49毫米。第五孔、第六孔（金代原结构）分别为0.52毫米和0.49毫米。全桥11孔，受力处在弹性状态下都很正常。[8]
