Строительство начато в 1940 году. Построен в 1953 году, движение по мосту открыто 5 ноября 1953 года[1].
Мост балочной конструкции, со сплошными главными балками двутаврового сечения длиной 58 и 57 м, высотой 3,6 м, 26-пролётный, с 48 опорами на кессонной основе. Пролётные строения состоят из 264 однотипных блоков длиной 29 м, во время монтажа которых было сварено 10 668 м швов. Ширина проезжей части 21 м, ширина тротуаров — по 3 м. Для увеличения безопасности движения в 1968 году на мосту Патона было устроено полужёсткое декоративно-художественное ограждение (впервые в СССР). Его выполнило предприятие из города Донецка «Ремкоммунэлектротранс». С 1 ноября 1954 года и до 9 июня 2004 года по мосту проходила трамвайная линия.
Въезд на мост со стороны правого берега оформлен пропилеями дорического ордера, с левого — двумя колоннами высотой 20 м.
Непосредственное участие в проектировании и строительстве моста принимал академик Евгений Оскарович Патон, именем которого назвали это сооружение[2].
Наибольший в Европе на момент строительства цельносварной мост, у которого впервые все швы, включая и монтажные, выполнены с помощью автоматической сварки.[3]
До реконструкции моста, проведённой в 2004 году, по мосту Патона проходила одна из важнейших трамвайных линий, соединяющая левобережную часть системы киевского трамвая с правобережной. В процессе реконструкции моста Патона были демонтированы трамвайные пути, а по мосту проложена троллейбусная линия, которая, как оказалось, не способна перевезти пассажиропоток трамвайного маршрута. Система киевского трамвая оказалась разделённой на две сети, левобережную и правобережную, что вызвало акции протеста[4] и сборы подписей[5] против прекращения трамвайного сообщения между левым и правым берегом Днепра.