(1)項目論證和比較階段
1993年開始醞釀籌建杭州灣交通通道，寧波市政府委托上海林李公司和中交公路規劃設計院進行預可行性研究。期間，多次召開研討會，廣泛征集各方面意見，還相繼開展經濟、水文、地質、氣象等13項專題，並組織評審會和論證會。2000年06月21日，浙江省政府第37次常務會議作出了建設杭州灣跨海大橋的決定，明確大橋建設以寧波為主，要求抓緊上報項目建議書，爭取國家支持。
(2)立項報批階段
2000年8月，浙江省發展計劃委員會將項目建議書上報國家計委。2002年04月30日，國務院第128次總理辦公會議討論通過了本項目的立項問題。同年5月29日，國家計委正式下達立項批文。
(3)“工可”審批階段
2000年7月，委托中交公路規劃設計院開展本項目“工可”研究。2002年7月，浙江省計委向國家計委上報本項目的“工可”報告。期間，相繼開展了工程地質、淺層氣、波浪力、環保、經濟、氣象、交通等19項專題研究，並通過專家評審。同年8月，交通部和中咨公司對“工可”報告進行了行業審查和評估。2003年2月，國務院第151次總理辦公會議討論通過了本項目“工可”報告。同年3月，國家計委下達“工可”審批批文。
(4)初步設計階段
2001年12月，通過招標確定由中交公路規劃設計院、中鐵大橋勘測設計院和交通部三航院聯合體承擔本項目設計任務。2003年1月，省計委、交通廳聯合主持對初步設計預審， 3月10日，浙江省交通廳向交通部報送要求對本項目初步設計文件進行審查的請示。4月9日至12日，交通部組織國內24名專家對初步設計進行了審查。2003年8月6日國家交通部對大橋初步設計作了批復。
(5)開工準備階段
2001年10月，指揮部壹手抓立項審批，壹手在南岸開始通路、水、電、通訊、碼頭等15項“五通壹平”工程。2003年2月，“五通壹平”工程基本完成，具備了開工建設的條件。2003年4月，在南岸灘塗區進行試驗段工程，為大橋工程全面開工探索並積累有益的經驗。 2003年06月08日，大橋工程舉行奠基儀式。
2003年06月80日，第壹根鉆孔灌註樁在南岸灘塗區開始施工，2007年03月27日，最後壹根鉆孔灌註在海中平臺匝道橋樁完成施工。
2003年10月28日，北岸引橋工程開工，2007年05月26日完工。
2003年10月31日，全長9.78公裏的南岸鋼棧橋動工修建，橋寬7米，***用鋼材5萬噸，2005年12月24日修建完成， 2006年08月15日開始拆除。
2003年11月14日，杭州灣跨海大橋打下第壹根鋼管樁。2006年2月3日，主橋最後壹根鋼管樁沈放到位。
2003年11月28日，南岸引橋工程開工，2007年1月8日完工。
2004年07月09日，南航道橋沈放第壹節鋼護筒，2006年08月20日完成承臺澆築，2007年01月10日，架設第壹段鋼箱梁，2007年01月26日主塔封頂。2007年06月11日15時，最後壹段鋼箱梁架設到位，南航道橋順利合龍。
2004年08月28日，第壹個預制墩身開始澆築，2006年09月30日，最後第474個預制墩身澆築完成。2004年10月10日，第壹個預制墩身安裝到位，2006年10月18日，最後第474個預制墩身安裝完畢。
2004年11月17日，北航道橋主墩樁基開始施工，2006年12月27日，完成最後壹根灌註樁施工， 2007年2月6日首段鋼箱梁吊裝到位。2007年02月07日主塔順利封頂。2007年06月13日晚9:58，北航道橋主橋最後壹段鋼箱梁吊裝到位，北航道橋順利合龍。
2005年06月01日，第壹片70米預制梁、寬15.8米，重2200噸，由“小天鵝號”運架船架設到位。2007年5月21日，“天壹號”運架船將第540片70米預制梁架設完畢。
2005年07月28日，第壹片50米預制箱梁、寬15.8米，重1430噸，采用“梁上運梁”的架設工藝安裝到位，2006年11月16日，完成了***404片50米預制箱梁架設。
2006年04月10日，海中平臺沈放第壹根鋼管樁，7月25日海中平臺310根鋼管樁沈樁完畢。
2007年06月26日，大橋全線貫通
2008年05月01日，大橋順利通車
杭州灣跨海大橋工程量浩大。據初步核定，大橋***需要鋼材80萬噸，水泥129.1萬噸，石油瀝青1.16萬噸，木材1.91萬立方米，混凝土240萬立方米，水中區鋼管樁直徑1.5-1.6米、樁長約70—89.5米，總數5513根，鉆孔樁3550根，承臺1272個，墩身1428個，為國內特大型橋梁之最。 杭州灣跨海大橋全長36公裏，其中橋長35.7公裏，雙向六車道高速公路，設計時速100km。總投資約107億元，設計使用壽命100年以上。大橋設北、南兩個通航孔。北通航孔橋為主跨448m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準35000噸；南通航孔橋為單塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準3000噸。大橋兩岸連接線工程總長84.4公裏，投資52.1億元。其中北連接線29.1公裏，投資額17.8億元；南岸接線55.3公裏，投資額34.3億元。大橋和兩岸連接線總投資約160億元。建設工期五年左右。
大橋的結構為雙塔鋼筋混凝土斜拉橋，雙向6車道，設計時速100公裏，設計使用壽命100年，總投資118億元，建設期限5年。大橋設南、北兩個航道，其中北航道橋為主跨448米的鉆石型雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準為3.5萬噸級輪船；南航道橋為主跨318米的A型單塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準為3000噸級輪船。其余引橋采用30米至80米不等的預應力混凝土連續箱梁結構。非通航孔分北、中、南引橋3大塊，其中海上部分橋梁長32公裏。
杭州灣跨海大橋在設計中還首次引入了景觀設計的概念。景觀設計師們借助西湖蘇堤的美學理念，兼顧杭州灣復雜的水文環境特點，結合行車時司機和乘客的心理因素，確定了大橋總體布置原則。長橋臥波最終被確定為寧波杭州灣大橋的最終橋型。根據設計方案，大橋在海面上有4個轉折點，從空中鳥瞰，平面上呈S形蜿蜒跨越杭州灣，線形優美，生動活潑。從立面上看，大橋也並不是壹條水平線，而是上下起伏，在南北航道的通航孔橋處各呈壹拱形，使大橋具有了起伏跌宕的立面形狀。
此外，杭州灣跨海大橋所獨有的海中平臺堪稱國內首創。南航道再往南1．7公裏，就在離南岸大約14公裏處，有壹個面積達1萬平方米的海中平臺，足有兩個足球場面積。該平臺在施工期間將作為施工平臺，是海中施工的據點。大橋建成後，這壹海中平臺則是壹個海中交通服務的救援平臺，同時也是壹個絕佳的旅遊觀光臺。平臺上有壹高高的觀光塔，既可俯瞰波濤洶湧的大海，飽覽海上風光，也可以壹覽大橋雄姿。整個海中平臺以匝道橋連通大橋，距離大橋約有150米左右。
另外，這座海上長虹還將是中國第壹座數字化大橋。科研單位將建立壹套大橋設計、建設及養護的科學評價體系，把杭州灣跨海大橋建成數字化大橋。整座大橋將設置中央監視系統，平均每公裏就有1對監視器，整座大橋上的壹舉壹動都將在中央監視系統的眼中。這樣，不僅大橋可進行科學合理的維護管理，而且大橋身體的健康狀況也在適時掌握之中。
由中國寧波網發起的“世界十大名橋評選”落下帷幕，杭州灣跨海大橋、趙州橋、盧溝橋、南京長江大橋、澳大利亞悉尼海港大橋、杭州錢塘江大橋、美國金門大橋、倫敦塔橋、香港青馬大橋、廣濟橋等從全世界30座知名大橋中脫穎而出，入選“世界十大名橋評選”，其中杭州灣跨海大橋以高票當選。
杭州灣跨海大橋不同於普通大橋的特別之處，是在設計時考慮到了兩個安全因素：壹是高速公路車輛通行安全因素，通常直段不能太長；二是橋下船舶航行安全因素，減少建橋對水流的影響，保證橋梁各段的橋軸線與漲潮和落潮的主流垂直。這些也是橋形呈S形的主要原因，同時也使得跨越杭州灣天塹的這條東方巨龍更加迷人。
杭州灣跨海大橋工程***使用鋼材767000噸，原本預計2009年完工，正好趕上2010年上海世博會，壹箭雙雕——但不管它的過去如何，2012年又如何，都會名留青史——成為壹方建築奇觀！