Il ponte, progettato dall'ingegnere svizzero Jules Röthlisberger (1851-1911) e realizzato dalla Società Nazionale Officine di Savigliano (il cui ufficio tecnico era diretto da Röthlisberger), è lungo 266 metri e si eleva a 85 metri al di sopra del livello del fiume.
Fu tra i primi esempi di costruzione che utilizzò la teoria dell'ellisse di elasticità e venne successivamente studiato a livello europeo assieme agli altri grandi ponti metallici eretti negli anni immediatamente precedenti o nello stesso periodo (come il ponte Maria Pia di Oporto e il viadotto di Garabit). Esso è formato da un'unica campata in travi di ferro da 150 metri di corda, che sostiene, tramite 7 piloni sempre in ferro, un'impalcatura a due livelli di percorribilità, il primo ferroviario e il secondo (6,3 metri più in alto) stradale. La sede stradale è larga cinque metri ed è a singola corsia. Nel più basso dei due livelli del ponte passa la linea ferroviaria elettrificata Seregno–Bergamo, mentre sul livello superiore si trova la strada carrabile che collega la provincia di Lecco a quella di Bergamo. La campata è costituita da due archi parabolici simmetrici e affiancati, leggermente inclinati tra loro e a sezione variabile più snella verso la cima. La scelta di un ponte a singola campata senza appoggi a terra fu favorita sia dalla particolare forma della gola, stretta e profonda, sia dalla volontà di non intralciare la navigazione sul corso d'acqua. Gli archi si appoggiano a opere cementizie e murarie costruite a metà della parete della scarpata che discende al fiume. I plinti e i contrafforti di sostegno sono costituiti da oltre 5.000 metri cubi di pietra di Moltrasio e 1.200 metri cubi di granito di Baveno.
La struttura è interamente chiodata e non fa uso di saldature: alla fine del XIX secolo, quando il ponte fu eretto, la tecnica della saldatura richiedeva impianti ancora troppo poco pratici per essere adoperati nei manufatti in opera, specie se di dimensioni così rilevanti e in posizioni poco agevoli. Le macchine portatili per la saldatura, soprattutto quelle a elettrodi, si sarebbero cominciate a diffondere solo pochi anni dopo e si sarebbero affermate solo con la prima guerra mondiale. Nonostante tali limiti tecnici, il ponte risultò un'opera di ingegneria imponente per l'epoca, con 100.000 chiodi ribattuti che reggono le oltre 2.500 tonnellate della complessa struttura a maglie triangolari degli archi, dei piloni e dei due livelli percorribili. Il doppio arco da solo pesa oltre 1.320 tonnellate, mentre la travata principale raggiunge le 950 tonnellate e i piloni ammontano a 245 tonnellate. Per le sue peculiarità tecniche, il ponte è considerato un capolavoro di archeologia industriale italiana, nonchè una delle più notevoli strutture realizzate dall'ingegneria ottocentesca. Esso si trova a poca distanza da altri due impianti di grande rilevanza: le centrali idroelettriche Esterle e Bertini.
La rilevanza del ponte San Michele dal punto di vista storico è paragonabile a quella della Torre Eiffel, eretta esattamente negli stessi anni e con le stesse tecnologie. Entrambe le strutture all'epoca della costruzione divennero il simbolo del trionfo industriale per i rispettivi paesi. All'epoca della sua costruzione, il ponte San Michele era il più grande ponte ad arco al mondo per dimensioni e il quinto in totale per ampiezza di luce.
Al ponte è legata una leggenda metropolitana, secondo cui il progettista Röthlisberger si sarebbe suicidato prima del collaudo per timore di un fallimento: in realtà Röthlisberger morì di polmonite il 25 luglio 1911 nella sua casa di Chaumot. In passato dal ponte si praticava il bungee jumping grazie ad apposite strutture temporanee, oggi non più in quanto non conforme alle normative in vigore. Il ponte, per via della sua altezza e della conformazione delle barriere, è teatro di frequenti suicidi, con 15 atti simili compiuti tra il 2004 e il 2005.

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