Las fases de construcción del Puente Alamillo fueron bastante complicadas, primeramente se realizo un amplio estudio de mecánica de suelos, para conocer el terreno más favorable para su construcción, las características del subsuelo puso en evidencia la complejidad de la obra al tener arenas arcillosas de poco volumen y expansivas, lo que obligaría a realizar una excavación muy profunda.

Como resultado del estudio geológico determino el tipo de cimentación escogido para el mástil, consistente en un gran dado de hormigón armado donde se empotra el mástil, formando una pieza única y monolítica que flexibiliza ante el empujo de los pesos y del viento por medio de la camisa de acero.

La propia cimentación es aprovechada por el arquitecto para la creación de una terraza que da la vuelta por todo el perímetro y por debajo de la estructura del puente, dejando al descubierto la parte baja de la estructura de rodamiento

Es una obra incompleta a lo propuesto por Calatrava que preveía, además del actual puente del Alamillo, otro puente gemelo, dispuesto perpendicularmente respecto al primero para salvar el otro margen del río, más un viaducto que debía de cruzar hasta la isla de la Cartuja.

El arquitecto ideo un torso humano en tensión tirando de multitud de cables, que sujeta el tablero con elasticidad y equilibrio gracias a su inclinación.

Los materiales utilizados de acero y hormigón reforzado de color blanco, lo que le hace lleno de gracia y esbeltez, es una verdadera escultura monumental.

Posee un único mástil inclinado y un vano de 200 metros de luz, tiene tirantes en un solo lado, colocado asimétricamente en un solo margen del río hace que el peso del puente descargue sobre el apoyo de la torre. Fue fabricado con una envoltura de acero formada por elementos huecos de sección hexagonal, y reforzado en su interior con un fraguado de hormigón. Tiene una altura de 142 metros y una inclinación de 58º con respecto a la horizontal Los tirantes esta compuesto de cables rectos que sujetan el tablero proporcionando una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos.

La empresa adjudicataria de la fabricación de las secciones hexagonales de acero estructural ST 52.3 del mástil fue MEGUSA. Este tipo de acero sus características principales: tiene buenas condiciones de soldabilidad, plegado y deformación en frío. Buena resistencia la impacto a baja temperatura previo tratamiento de normalizado. El proceso de fabricación de cada pieza fue realizado bajo un control estricto, cada pieza fue sometida a una puesta en carga para comprobar su capacidad de resistencia, fueron tratadas con pinturas especiales con elevado contenido en zinc, epoxys y poliuretanos

El puente fue diseñado con una calzada central peatonal y a distinto nivel doble calzada colaterales para el tráfico rodado.

El tablero es el protagonista del sistema de resistencia básico de la estructura, debe de resistir las componentes horizontales que se transmiten a los tirantes. Esta diseñado por medio de una estructura metálica, compuesta por una viga central de sección hexagonal donde se han anclado los tirantes, y que constituye la columna vertebral del puente, sobre esta parte del puente discurrirá la calzada peatonal con una anchura de 3,75 metros. A ambos lados de la columna central se sueldan sendas costillas metálicas de 4 metros de sección, sobre la que se apoya una losa de hormigón para formar las dos calzadas de tres carriles en ambos sentidos, siendo reforzado en la parte inferior con unos refuerzos de acero.

Los cables de alta resistencia diseñados para la sustentación del puente mediante una estructura de cables rectos conformados por torones de 15 mm de diámetro. Al tratarse de diámetros inferiores a los normales permite la sustitución de tirantes dañados. El diseño de anclaje al tablero central se hace mediante 13 pares de cables que sostienen el tablero central. La dimensión máxima del tirante más largo es de 300 metros de longitud para salvar una luz de 200 metros.

La técnica de atirantamiento se utiliza cables y anclajes directamente derivados del pretensado, con cordones protegidos mediante la técnica de galvanización y una vaina individualizada, botándolos de una gran resistencia, flexibilidad y rigidez, además de un buen comportamiento ante la fatiga y la corrosión. Las empresas encargadas de la fabricación y colocación fueron TYCSA y Dywidag Sistemas Constructivos, S.A.

Durante el proceso del montaje del puente se realizo primeramente la cimentación donde iría colocado el mástil metálico. Después se colocó la base del mástil mediante una camisa de acero para unir el acero y el hormigón. Se procedió al hormigonado desde el interior de la sección de la base del mástil formando una pieza única.

Se colocaron unos andamios de carga para puentes del tipo deslizante y encima estructura central.