Точная дата строительства моста и имя его автора остаются неизвестными. Однако впервые его изображение появляется на недатированном плане Царицынского сада, созданном Казаковым в конце XVIII века. В это время, начиная с 1786 года, все постройки в Царицыно проектировал архитектор М. Ф. Казаков.

Изначально мост выполнял две функции: он соединял Хлебный дом-кухню с оранжереями на противоположной стороне оврага и служил плотиной. По плану конца XVIII века выше плотины находился пруд, необходимый для хозяйственных нужд. Утилитарное назначение моста и его второстепенная роль в ансамбле объясняют простоту и скромность архитектурного решения. Из-за значительной протяжённости оврага мост, прямоугольный в плане, сильно вытянут с юго-запада на северо-восток и имеет в центре небольшую полуциркульную арку с цилиндрическим сводом.

Сооружение было укреплено контрфорсами, два из которых представляли собой выдвинутые ризалиты, ограничивавшие проток воды из пруда.

К середине XIX века Оранжерейный мост, как и другие постройки усадьбы, начал ветшать. В 1859 году были отмечены утраты в парапетах, а к 1886 году, в кладке нижних частей моста и свода арки. Деревянная плотина перед мостом к 1886 году почти полностью разрушилась. Пруд к югу от моста показан на планах конца XIX века, но к 1915 году он уже исчез и больше не восстанавливался.

Во второй половине XIX века на месте оранжерей к востоку от моста появился дачный участок «Воздушный сад», и через мост пролегла основная дорога, соединяющая дачи со станцией Царицыно. Она получила название Воздушная улица.

После высыхания пруда и заселения Хлебного дома мост использовался только для транспортных целей, его проезжая часть была заасфальтирована.

В 1960-х годах, после выселения жильцов из Хлебного дома, мост стал пешеходным. Со временем сооружение разрушалось и к 1980-1990 годам находилось в руинированном состоянии. Свой первоначальный вид мост «Оранжерейная плотина» обрёл после реставрации в 1993 году, когда были восстановлены кирпичная кладка стен и контрфорсов, фигурные парапеты с белокаменными декоративными элементами, а также выполнено мощение из брусчатки.

Позднее, в 2000-х годах, проводились дополнительные реставрационные работы, включавшие замену повреждённых участков кирпичной кладки и белокаменных блоков контрфорсов.

В настоящее время мост представляет собой одноарочное сооружение, пересекающее овраг. Свод арки имеет слегка приплюснутую форму. С южной стороны арки расположены два округлых быка, а с северной, две стенки, оформляющие слив. Также с северной стороны находятся два контрфорса. Мост асимметричен относительно центральной оси арки: его северо-восточная часть немного длиннее юго-западной из-за особенностей рельефа.

При реставрации декоративные детали моста были упрощены. Это особенно заметно в белокаменных вставках между тумбами: овальные боковые вставки заменены на круглые, а лепестковые детали в центральных вставках, на треугольные.