Точная дата строительства моста и автор проекта неизвестны, однако впервые его изображение появляется на недатированном точно «Плане Царицынского саду» Казакова конца XVIII в., где кроме сада, показана вся усадьба. В этот период (с начала 1786 г.) всеми постройками Царицыно занимался архитектор М. Ф. Казаков.
Первоначально мост сочетал в себе две функции: соединял Хлебный дом-кухню с находящимися на другой стороне оврага оранжереями, а также служил плотиной (по плану конца XVIII в. выше плотины существовал пруд, необходимый для хозяйственных целей). Чисто утилитарное назначение сооружения и второстепенная роль в композиции ансамбля — причины простоты и скромности архитектурного решения постройки. Вследствие большой протяжённости оврага, прямоугольный в плане объём моста сильно вытянут с юго-запада на северо-восток и прорезан в центре небольшой полуциркульной аркой с цилиндрическим сводом.
Сооружение было укреплено контрфорсами, два из которых представляли собой сильно выдвинутые ризалиты, ограничивавшие проток воды из пруда.
В середине XIX в. Оранжерейный мост, как и другие постройки усадьбы, начал ветшать. В 1859 г. отмечены утраты в парапетах, а к 1886 г. — также и в кладке нижних частей моста и свода арки. Деревянная плотина перед мостом к 1886 г. почти полностью разрушилась. Пруд к югу от моста показан на планах конца XIX в., однако, к 1915 г. он уже перестал существовать и с тех пор не возобновлялся.
Во второй половине XIX в. на месте оранжерей к востоку от моста возник дачный участок «Воздушный сад», и через мост пролегла основная трасса, связывающая дачи со станцией Царицыно. Она стала называться Воздушной улицей.
После того, как пруд высох, а Хлебный дом заселили, мост служил только транспортным целям, а его проезжая часть была заасфальтирована.
В 1960-х гг. после выселения жильцов из здания Хлебного дома, мост использовался как пешеходный. Сооружение постепенно разрушалось, в 1980–1990 гг. находилось в руинированном состоянии. Свой первоначальный вид мост «Оранжерейная плотина» обрёл после проведения ремонтно-реставрационных работ в 1993 г., в результате которых были восстановлены кирпичная кладка стен и контрфорсов, фигурные парапеты с белокаменными декоративными деталями, заново выполнено мощение из брусчатки.
Более поздние работы по реставрации выполнялись в 2000-х гг. и предусматривали вычинку и замену повреждённых участков кирпичной кладки, а также белокаменных блоков покрытия контрфорсов.
В настоящее время мост представляет собой одноарочное сооружение, перегораживающее овраг. Свод арки имеет слегка приплюснутую форму. С южной стороны по бокам арки устроены два округлой формы быка, с северной стороны — две стенки, оформляющие слив. Кроме того, с северной стороны имеются два контрфорса. В плане мост асимметричен относительно центральной оси арки. Его северо-восточная часть несколько длиннее юго-западной, что объясняется особенностями рельефа.
Рисунок декоративных деталей моста при реставрации был изменён в сторону упрощения. Особенно это касается белокаменных вставок в простенках между тумбами. Так, боковые вставки овальной формы были заменены на круглые, а лепестковые детали в центральных вставках — на треугольные.
