Dès les années 1960, étant donné le développement de la circulation routière, le conseil général de Seine-Maritime décide de construire un second franchissement de la Seine, entre Rouen et Tancarville.

En 1969, sous l'impulsion du maire de Caudebec-en-Caux, Maurice Collet, une étude préliminaire est effectuée par le port autonome de Rouen. Deux sites sont pressentis : l'un au niveau du phare des Meules, sur les communes de Notre-Dame-de-Bliquetuit, rive gauche, et de Saint-Wandrille-Rançon, rive droite ; l'autre site, proposé par M. Collet, porte sur un pont s'appuyant sur le contrefort de la colline de Rétival à Caudebec, rive droite et aboutissant sur la commune de Saint-Nicolas-de-Bliquetuit, rive gauche.

Le site de Caudebec-en-Caux est retenu afin de désenclaver le pays de Caux. En 1973 un appel d'offre est lancé pour un pont à haubans, technique moins onéreuse et plus moderne que celle du pont suspendu.

La Direction générale de l’Équipement confie la maîtrise d’œuvre à M. Brault, ingénieur des ponts-et-chaussées. Lui sont adjoints 3 ingénieurs des travaux publics de l’État : MM. Néron et Raclin, sont chargés des études et de la réalisation du pont, et M. Aguie chargé des accès routiers. Le 14 février 1972, le Préfet ouvre l'enquête préalable à la déclaration d'utilité publique. Celle-ci est close le 23 juin 1972. En juillet 1973, l'entreprise Beugnet, qui a obtenu le marché de terrassement, débute les travaux sur la rive gauche. Le concours est ouvert aux entreprises européennes. Le 13 octobre 1973 a lieu l'ouverture des plis de la consultation : 10 groupements d'entreprises ont répondu.

Avec un projet en béton précontraint chiffré à 55 MF TTC (valeur de 1974) l'entreprise française Campenon-Bernard-Cetra devient maître d'oeuvre d l'opération. Les ingénieurs de l'entreprise, sous la direction de Jean Muller (directeur scientifique chez Campenon-Bernard) et de Jacques Mathivat (directeurs des études chez Campenon-Bernard), conçoivent un pont avec piles en béton armé, poutres en béton préfabriqué et précontraint et câbles acier. L'ouvrage est dessiné par Auguste Arsac (professeur à l'école Polytechnique) et Philippe Fraleu (architecte). Le devis de 55 MF prévoit : 36 MF pour l'ouvrage principal, 15 MF pour le viaduc d'accès rive gauche et 4 MF pour celui de la rive droite. Au final, le coût de la construction s'élève à plus de 75 MF, auxquels il faut ajouter environ 50 millions nécessaires aux voies d'accès.

Pour pouvoir supporter les efforts longitudinaux et transversaux, l'entreprise décide de réduire à deux mâts axiaux les points porteurs. Un maillage de câbles en acier palie la faible épaisseur des parties en béton. Les mâts, également en béton, reposent sur des colonnes de 10 à 11 m de diamètre enfouies à 35 m de profondeur. Leur conception fut délicate à mettre au point d'autant qu'ils doivent résister à des charges verticales de 10 000 t et au vent dans le sens horizontal. Les essais en soufflerie permirent de vérifier sa résistance à des vents de 324 km/h, soit le double de la vitesse maximale rencontrée dans le site.

Le chantier est ouvert en avril 1974. Le pont, rebaptisé "Pont de Brotonne" en raison de la proximité de la forêt du même nom et du Parc naturel régional nouvellement créé, est inauguré le 9 juillet 1977, après 39 mois de travaux. Il constitue alors le plus grand pont à haubans du monde (le record précédent étant de 240 m pour un ouvrage édifié en Argentine). Sa mise en service supprime les bacs de Caudebec et de la Mailleraye-sur-Seine.