Митрофаньевское шоссе существует с середины XIX века. Своё название оно получило по кладбищу, расположенному возле деревни Тентелевка. В 1835 г. здесь возвели храм чудотворца Митрофания, и Тентелевское кладбище стало Митрофаньевским, а ведущие к нему дороги получили названия Большая и Малая Митрофаньевские. Первая из них и стала Митрофаньевским шоссе в начале XX века.
Реконструкция шоссе, проходившая в 2005–2007 гг., была вызвана необходимостью разгрузить Московский проспект. Для этого магистраль расширили до 4-х полос и продлили на юг: шоссе начинается от Обводного канала в районе площади Балтийского вокзала и заканчивается Митрофаньевским путепроводом, соединяясь с Кубинской улицей, недалеко от выезда на Западный скоростной диаметр.
В створе Митрофаньевского шоссе через Обводный канал построили новый автотранспортный мост. Работы вело ЗАО «Трест «Ленмостострой». По первоначальному проекту планировалось расширить существующий Балтийский пешеходный мост, однако потом от этой идеи отказались, и было принято решение построить рядом новую переправу.
На пересечении Митрофаньевского шоссе с набережной Обводного канала была устроена транспортная развязка, а под шоссе — подземный пешеходный переход.
10 октября 2007 г. вместе с вводом в строй магистрали Митрофаньевское шоссе — Кубинская улица был открыт и Митрофаньевский мост.
До 2007 г. на гранитных парапетах Балтийского моста стояли декоративные светильники в виде собранных вместе копий. При строительстве Митрофаньевского моста их демонтировали, так как на новом мосту были установлены 4 индивидуальные опоры освещения.
Митрофаньевский — однопролётный металлический мост, опоры облицованы гранитом. Длина переправы — 33 метра, ширина —16 метров. На мосту устроен только один тротуар — с верховой стороны. С низовой стороны роль тротуара выполняет расположенный рядом Балтийский пешеходный мост.