Gracias a una importante documentación conservada en la Real Chancillería de Granada, publicada por J. P. Cruz Cabrera, conocemos buena parte de su proceso constructivo. En el año 1561 se inician los trabajos con arreglo a una primera traza diseñada por el cantero baezano Ginés Martínez, recayendo la ejecución material de las obras en los canteros Juanes de la Carrera y Pedro de Mazuecos, vecinos de Canena y Úbeda, respectivamente. La intervención de Pedro de Mazuecos en esta obra propició que popularmente el puente se conociese como “de Mazuecos” desde el siglo XVII.

El puente diseñado por Ginés Martínez era de un solo ojo, de amplia luz y 100 píes de anchura. A poco de iniciarse las obras, y tras las inspecciones de diversos canteros, el proyecto de este puente, de perfil inclinado y estrecho, fue abandonado para iniciarse inmediatamente la construcción de otro de mayor envergadura. A partir de 1565 hay constancia documental de la intervención en la obra de los afamados maestros canteros Andrés de Vandelvira y Francisco del Castillo “El Joven”, los cuales dieron un giro radical a la inicial idea proyectando un monumental puente más propio de una ciudad que de un predio rural. Las trazas, firmadas por ambos canteros y conservadas en la documentación citada, nos permiten conocer su configuración.

El alzado contempla un gran arco central de medio punto de 33 metros de luz entre cuatro gruesos pilares semicilíndricos con tajamares; la zona orientada hacia la villa de Jimena se empotra directamente en la roca de forma descendente y tan solo se labró un pequeño arco de descarga; en el lado orientado hacia Baeza, también descendente, la composición es más compleja debido al fuerte cambio de nivel, estando formada por una alcantarilla en la base y doble línea de arcos de medio punto al modo de los acueductos romanos, de la que solo se conserva la inferior; en esta zona de paso del puente se instalaron además unas caballerizas abovedadas con medio cañón, aprovechándose las arquerías para aposentos.

Caballerizas y aposentos, que llegaron a cerrarse, fueron utilizados para almacenamiento e incluso se arrendaban. La obra en su conjunto presentaba una cuidada estética, tanto en lo que se refiere a su composición arquitectónica como en los detalles decorativos; los antepechos, las bolas de los remates, las cartelas de los pilares, la moldura con doble rosca del gran arco central, los tondos de las enjutas, entre otros elementos, ciertamente embellecieron su imagen, radicalmente desfigurada tras la intervención practicada a raíz del hundimiento del gran arco central a principios del siglo XX; el arco central fue sustituido por una estructura metálica adintelada y para adaptarlo al tráfico rodado desaparecen otros elementos compositivos originales.

Vandelvira y Castillo muestran en este puente, una vez más, su amplio conocimiento del clasicismo así como una extraordinaria práctica de la estereotomía o corte de la piedra de cantería. El puente de Mazuecos, que guarda, sobre todo en la traza de doble rosca del arco centra, una gran semejanza con el de Ariza, obra también de Vandelvira, cabe relacionarlo con el de Benamejí (Córdoba), realizado por Hernán Ruiz “El Mozo” entre los años 1550-1556. Vandelvira y Castillo, quizás con más intensidad, conciben un puente en el que se insertan detalles ornamentales y constructivos claramente italianizantes. No hay que olvidarse, sin embargo, que será Vandelvira el que lleve el grueso de la obra, participando Castillo con él en las tasaciones. Además, sin restar mérito a la aportación de Castillo, Vandelvira cuando trabaja en el puente de Mazuecos es ya un experimentado arquitecto en este tipo de obras, pues cercanas estaban las llevadas a cabo por encargo del Concejo de Úbeda en el puente de Ariza sobre el cauce del Guadalimar, más lejanas las practicadas en el grandioso puente de San Pablo en Cuenca, y, por el mismo tiempo, las del puente sobre el río Guadalmena, entre los actuales términos de Siles (Jaén) y Montiel (Ciudad Real), para la Orden de Santiago, cuyos monumentales restos se conservan aún ruinosos en sus orillas.