永乐桥分为两层，上层为机动车专用道路，双向六车道，中央跨度为30米，向两端逐渐变窄，最后与25米宽的道路平滑相接；下层为人行道桥，利用3条直线通道将桥面整体分为6个明快的区域，从北侧开始依次为：亲水散步区、店铺区、主路、观览车出入口、观光餐厅区、观光亲水区。这种设计，既为机动车创造了良好的通行条件，也为行人开辟了舒适的过往环境。
永乐桥最为引人瞩目的设计，还是耸立在桥上巨大的摩天轮。这个被称为“
天津之眼”的巨轮，直径达到110米，高度相当于35层楼，堪与英国
泰晤士河畔的“伦敦之眼”媲美。
永乐桥系出名门，乃是经过半年多公开征集设计方案和专家评审，最终确定由日本川口卫设计事务所设计而成，桥上的摩天轮则是日本著名建筑大师川口卫先生继
天津博物馆、银河公园之后在津的又一力作。
为增强永乐桥摩天轮的外观视觉冲击力，摩天轮的车轮和主体结构采用了中国传统颜色——红色与绿色，使游客通过色彩就能一下子感受到强烈的民族情调。每当夜幕降临，夜间
照明系统不仅将巨轮照得通体发亮，同时从各个不同的角度将机动车道与人行桥一并照亮。这些主体灯光与桥上商店、餐厅的灯光交相辉映，令海河的夜景更加绚丽。
大桥在设计上特别注重以人为本，处处体现着人文关怀。游客行经的所有道路都没有台阶，方便老人、孩子和残疾者；商业区的卫生间均设有轮椅专用间；所有的道路都保证了轮椅的回转宽度；在摩天轮出入口处，除设有通向登轮出入口的坡道外，还设有两个轮椅可直接进入的轿箱。残疾人如到此游览，所行之处没有任何障碍。永乐桥多处独特设计为世界第一。
在大桥的建造过程中，
斜拉索桥与摩天轮的衔接安装是工程的重点，即在结构上两者都需要高空承担荷载的“点”。建造
斜拉桥，必需有一个支承桥面的缆索集中形成的支持点；建造摩天轮，需要有一个支承旋转轮轴的点。永乐桥的设计者独具匠心地将两个受力点通过一个合理的结构体系来完成，使其做到上托轮、下拉桥。两项建筑只需一项费用，既美观又经济，不愧是桥梁建筑史上的一个创新。
人们登上摩天轮，可随着巨轮的旋转，欣赏到海河沿线美丽的风光。摩天轮外挂64个360度透明悬挂式座舱，每个座舱乘坐6?8人，可同时供512个人观光。巨大的摩天轮旋转1周需时30分钟， 到达最高处时，人们可欣赏到海河全景以及方圆40公里内的街景，晴空万里时，甚至可以看到
天津港，成为名副其实的“
天津之眼”。
永乐桥的摩天轮是世界上第一个建在桥上的摩天轮，再加上长达110米的直径，对承载摩天轮转动的轴承技术要求比较高。据永乐桥的施工人员介绍，摩天轮上的轴承是在德国定制的，直径3.5米，是永乐桥中心摩天轮的主要轴承。
永乐桥不仅造型独特，而且功能也很独特，除了可以通行车辆和行人，永乐桥上还设置了一个封闭的商业空间供游人购物、休闲和等候登摩天轮。在永乐桥下层两侧各设置有一条3米宽的人行道，中间是封闭的空间，这个空间在永乐桥的设计中被称为“
商业空间”。
据了解，想登上摩天轮参观的游客，将通过专用通道进入这个封闭的商业空间，在这里等候登摩天轮。另外，空间里还设有咖啡厅、零售商店等，人们可以在这里休闲、购物。此外，“天津之眼”区别于其它摩天轮的一点，在于它的轿箱空间比一般的大，游客在轿箱内不仅可以坐着观景，还可以随意走动。