Mit dem ersten Bauabschnitt der Bundesautobahn 17 wurde im August 1998 begonnen. Bis 2001 war der erste Teil bis zur Anschlussstelle „Dresden-Gorbitz“ fertiggestellt. Parallel begannen die Bauarbeiten an dem Teilstück zwischen den Anschlussstellen Gorbitz und Südvorstadt, auf dem sich die beiden Tunnel und die Weißeritztalbrücke, der Tunnel Altfranken sowie weitere, kleinere Brücken befinden. Der Bau der Brücke und der Tunnel wurde im Frühjahr 2000 begonnen.
Entworfen wurde die Brücke von der Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft im Auftrag des Autobahnamtes Sachsen. Architekt der Weißeritztalbrücke war der Darmstädter Architekt Egon Jux, der bereits einige andere Brücken geplant hatte, darunter die Hamburger Köhlbrandbrücke. Ausgeführt wurden die Arbeiten von der Walter Bau AG, die auch für den Bau der übrigen Teilstücke der A 17 verantwortlich war. Besonders schwierig gestalteten sich die Bauarbeiten wegen des geringen Platzes im Tal, weil der Straßen- und Schienenverkehr auf der wichtigen Verbindungsstrecke durch den Grund nicht zu stark behindert werden durfte.
Im Jahr 2002 war die Brücke fertiggestellt, die Baukosten waren auf rund 15 Millionen Euro veranschlagt, beliefen sich aber letztendlich auf 23 Millionen Euro. Aufgrund der Verzögerungen bei der Errichtung der beiden Tunnel verzögerte sich die Freigabe des Autobahnteilstückes bis zum 22. Dezember 2004. Dafür war unter anderem ein Kabelbrand im Coschützer Tunnel verantwortlich.