卢沟桥为联拱石桥。全长266.5米，共11孔，为华北最长的古代拱桥，在工程技术上，有许多突出的成就。桥以10个平面呈船形的桥墩为基础，前尖后方利于水流进出，同时在前尖安置一根边长约26厘米的三角铁，以破击随流而下的冰块和坚硬物体，保护桥墩不受损害。三角铁人称“斩龙剑”，民间流传不少伏龙降妖一类的神话。桥墩分水尖之上，压了六层石面，上五层逐层收叠，最上呈琴面状，总厚1.83米，长4.5～5.6米，起着桥墩压力的平衡作用。每个桥墩之间的距离不等，中心孔为21.35米，两头末孔为16.49米。券拱的跨径与桥墩距离一致，亦是由中心孔13.42米，至两头为11.5米。券拱用纵联式砌法，内券用长短不一的券石，外侧另券一道券脸，在拱底与券脸石之间以横石牵固，使整个券拱混成一体。券脸石上压伏石出券。所有桥墩、券拱部分，石与石间均镶腰铁，以加固其间的联系。
桥面自下而上可分作伏石、仰天石和桥石三重。桥面宽7.50米，至仰天石外缘总宽9.30米，河身桥面长213.15米，雁翅桥面斜长28.2米，入口宽32米。桥中心较两端高93.5厘米，坡度约千分之八，坡势平缓。由雁翅外入口处至桥上高差2.13米，坡度约千分之三十五。桥面两侧立石栏杆279间（南侧139间）、栏板279块、望柱281根。栏板平均高85厘米，内侧刻作立枋、寻杖、瘿项、裙板。栏杆每间立望柱，柱高1.4米，柱头刻仰复莲座，座下刻荷叶墩，柱顶刻狮子。