En 1632, un plan de l’ingénieur bisontin Jean Maurice Tissot dresse une première représentation du barrage fixe tiré en diagonal et d’un seul trait. Au 18e siècle, moulin et forge sont mentionnés ainsi que le barrage les alimentant. En 1779, dans un rapport sur l’état de la navigation de la Saône, Thomas Dumorey mentionne le barrage qu’il décrit comme « une digue en pierre qui traverse le lit de la Saône… ». Sur le cadastre napoléonien de la ville dressé vers 1813, le barrage est présent et maçonné ; on y voit une portière à son extrémité sud et l’écluse au nord (bâtie vers 1785). Jusqu'au 19e siècle, l'ouvrage formait un V et prenait appui sur la digue de l'écluse jusqu'au pertuis du moulin.

Vers 1880, lors des travaux d'amélioration de la navigation de la Saône, un barrage à aiguilles de type Poirée est installé entre le bajoyer de l'écluse et digue afin de surélever à 2 m la profondeur du bief amont ; le barrage est par conséquent réduit.

Entre 1910 et 1912, d’importants travaux de restauration sont menés sur le barrage : établissement d'une file de pieux, démolition du revêtement, construction d'un masque en béton et d'un nouveau revêtement.

En 2012, le barrage mobile est automatisé, le modèle à aiguilles devenu trop dangereux ; une passe à poissons est également aménagée afin d'assurer une continuité écologique.