Om al voor die tijd een ongestoorde noord-zuid-verbinding te hebben besloot de Provincie Zeeland tot de aanleg van een ruim 5 kilometer lange brug tussen Zierikzee en Colijnsplaat. De bouw en exploitatie werd in handen gegeven van de NV Provinciale Zeeuwse Brugmaatschappij. De uitvoering van de bouw werd opgedragen aan de Aannemingscombinatie Oosterschelde.

De Oosterscheldebrug, met een totale lengte van 5022 meter, bestaat uit 54 pijlers met daartussen 52 overspanningen van 95 meter en een beweegbaar gedeelte van veertig meter. De eigenlijke brug is een koker van beton, die op het hoogste punt 17 meter boven NAP ligt. Elke pijler rust op drie holle betonnen palen, die 25 tot 50 meter lang zijn. Voor het verkeer zijn er twee rijstroken en er is een smalle strook voor fietsers. Er is geen vluchtstrook, en er zijn geen uitwijkmogelijkheden bij pech. 

De bouw vond plaats tussen 1963 en 1965. Op 15 december 1965 werd de brug door Koningin Juliana officieel voor het wegverkeer opengesteld. De brug heette toen nog steeds Oosterscheldebrug. Pas op 13 april 1967 kreeg het de definitieve naam Zeelandbrug. De brug was bij oplevering de langste brug van Europa, en is na de oplevering van de Vasco da Gamabrug (1998) bij Lissabon (Portugal) en de Öresundbrug (2000) tussen Denemarken en Zweden, de op twee na langste.

Het geld voor de bouw van de brug had de Provincie Zeeland geleend. Om de lening terug te kunnen betalen moest voor iedere passage bij Colijnsplaat tol betaald worden. Tot 1989 is de tol gebruikt voor de afbetaling. Daarna werd de tol in een onderhoudsfonds gestort. Met ingang van 1 januari 1993 werd de brug tolvrij. Jarenlang was hier door alle gemeenteraden op Schouwen-Duiveland en bewoners om gevraagd. De gemeentebesturen vonden de tolheffing slecht voor de maatschappelijke en economische ontwikkeling van hun eiland. Het afschaffen van de tolheffing heeft, net zoals bij de Westerscheldetunnel wel wat voeten in de aarde gehad. De bouw van de brug kostte de provincie zo'n 77 miljoen gulden en dat geld moest terugverdiend worden door tolheffing. Het was de bedoeling dat de Zeelandbrug in 1978 tolvrij zou worden. Maar door vertraging van de Oosterscheldekering werd de tolperiode verlengd. Daarnaast vielen de inkomsten tegen en moest de brugmaatschappijgeld geld lenen bij de provincie.

Op 11 december 2004 om 10.00 uur werd op de Zeelandbrug een trajectcontrolesysteem in gebruik genomen. De Zeelandbrug is de eerste brug in Nederland waar deze vorm van verkeerscontrole door het Bureau Verkeershandhaving Openbaar Ministerie (BVOM) wordt toegepast. Het systeem is geplaatst om de verkeersveiligheid te bevorderen. De ruimte op de brug is beperkt. Bij ongevallen op de brug wordt het verkeer bijzonder belemmerd, waardoor filevorming en verkeersonveilige situaties kunnen ontstaan. Op de Zeelandbrug geldt een maximumsnelheid van 80 km/h, maar veel automobilisten (30%) rijden hier te hard. 

Het systeem meet 24 uur per dag de gemiddelde snelheid van auto's over een traject van 2,5 kilometer. Aan het begin en het einde van het traject staat een poort. Elk voertuig dat hier onderdoor rijdt, wordt geregistreerd. Voor de bestuurder is de meting niet zichtbaar. Wie tussen de twee poorten harder rijdt dan gemiddeld 87 km/h kan enkele weken later een acceptgiro in de brievenbus verwachten.

In 2010 werd het systeem tot 23 maart 2011 buiten werking is gesteld. 

Begin 2015 werd het wederom buiten werking gesteld, tot 21 september 2020 toen er een nieuwe trajectcontrole werd geïnstalleerd.

De Zeelandbrug is de meest lucratieve verkeersboetelocatie van Zeeland. In één jaar tijd werden daar door de trajectcontrole 15.178 overtredingen vastgesteld. Dat blijkt uit cijfers over 2021 van het Centraal Justitieel Incassobureau (CJIB).

De Zeelandbrug is een belangrijke schakel in de noord-zuidverbinding Rotterdam- Bruinisse-Zierikzee-Goes. Er rijden zo'n 10.000 auto's per dag over de Zeelandbrug. 

Na de opening van de Stormvloedkering op 4 oketober 1986 ontstond een vreemde situatie. Omdat het provinciebestuur de tol op de Zeelandbrug nog handhaafde kon het verkeer wel gratis naar Walcheren, maar niet naar de Bevelanden. Dit zorgde voor veel protest, vooral onder de inwoners van Schouwen-Duiveland

Op 1 januari 1993 werd de brug tolvrij. Sinds 2015 is het een Rijksmonument en sinds 2016 geldt een verbod op zwaar vrachtverkeer om de brug te sparen. Het onderhoud van de Zeelandbrug kost jaarlijks één miljoen euro.

De betonconstructie van de Zeelandbrug heeft een levensduur van tachtig tot honderd jaar, voor de twee beweegbare basculebruggen is dat zestig tot zeventig jaar.

In 2000 is de Zeelandbrug doorgemeten. Daaruit bleek dat de brug in goede conditie is en voldoet aan alle eisen van het huidige verkeersaanbod. Verbreding van de brug is niet aan de orde. Er is weliswaar sprake van toename van het vrachtverkeer, maar de technische staat is daar goed genoeg voor. Wel moet vanwege het zoute water van de Oosterschelde de coating van de brug voortdurend worden bijgehouden. Van 1 april t/m 8 oktober 2000 vond er een grote renovatie van de brug plaats, waarbij onder andere de stalen leuningen van de rijstroken zijn vervangen door beton. De brugleuning aan de buitenzijde van het fietspad is toen niet vervangen, waardoor het uitzicht voor de (brom-)fietser in takt bleef.

Vanaf 1 juni 2008 wordt de basculebrug van de Zeelandbrug op afstand bediend vanaf het Centraal Bedieningsgebouw in Vlissingen. Daardoor zijn de openingstijden van de brug uitgebreid.

De Zeelandbrug wordt voor alle scheepvaart 24 uur per dag op alle dagen van de week bediend. Hierbij geldt de beperking dat tussen 22.00 uur en 06.00 uur de beroepsvaart via de sluizen te Vlissingen 1ste prioriteit heeft. Op alle dagen tussen 06.00 uur en 23.00 uur gelden er bloktijden.

In februari 2013 werden de palen van het remmingswerk onder het beweegbare gedeelte van de Zeelandbrug vervangen. De houten palen waren van vijftig jaar rot en werden daarom vervangen door stalen buispalen. 

Zie voor de actuele bloktijden: www.zeeland.nl/kust_water/verbindingen/zeelandbrug/ 

Zie voor geplande stremmingen: www.zeeland.nl/verkeersinfo-en-wegwerkzaamheden/onderhoudswerkzaamheden-zeelandbrug 

Op 15 december 2015 werd de Zeelandbrug aangewezen als Rijksmonument, precies vijftig jaar na de opening in 1965, door de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed.

Sinds 2016 geldt een verbod op zwaar vrachtverkeer om de brug te sparen. De technische levensduur van de brug loopt rond 2035 af. Het onderhoud van de Zeelandbrug kost jaarlijks één miljoen euro.

In 2023 reden er gemiddeld zo'n 10.000 voertuigen per dag over de Zeelandbrug en gaat de brug jaarlijks ongeveer 4000 keer open voor schepen.

De Zeelandbrug is een beeldbepalend bouwwerk in onze provincie, maar heeft wel moeite om de toenemende verkeersdruk te verwerken. De oude brug heeft steeds meer onderhoud nodig. 

Op 24-06-2021 werden sensoren op het beweegbare deel van de Zeelandbrug, die meer inzicht moeten geven in welk onderhoud er nodig is en wanneer dat moet worden uitgevoerd. Apparatuur om de hoeveelheid passerende voertuigen te meten en het gewicht daarvan is er al op de Zeelandbrug. Maar trillingen worden dan ook gemonitord. 

De stalen dekplaten van het bruggedeelte dat open en dicht kan, is het meest kwetsbare deel van de Zeelandbrug. Deze stalen dekplaten zijn slecht bestand tegen de wisselende verkeersbelasting. Dit leidt tot scheurtjes en zonder ingrijpen zou het dek bezwijken.

De sensoren werden voor een jaar geplaatst en zijn onderdeel van een proeftuin, waarin ervaring wordt opgedaan om ook bij de andere bruggen storingen en calamiteiten voor te zijn, waardoor uiteindelijk beter en goedkoper onderhoud kan worden gepleegd.

De provincie, HZ University of Applied Sciences, Istimewa, en Stichting World Class Maintenance doen mee aan de proef. Het doel is uiteindelijk dat het onderhoud voor honderd procent voorspelbaar is.

Begin oktober 2024 werd bekend gemaakt dat de Technische Universiteit (TU) Delft de komende twee jaar de staat van de Zeelandbrug gaat onderzoeken. Voor het onderzoek is het Fieldlab Monitoring Zeelandbrug opgezet. Hierin werken de Provincie Zeeland, TU Delft, HZ University of Applied Sciences, ingenieursbureau Witteveen+Bos en stichting World Class Maintenance samen.

Er zijn door de jaren heen diverse dodelijke incidenten geweest op de Zeelandbrug:

Op 25 januari 1973 schoot een vrachtwagen van transportbedrijf Van Gend en Loos bij een inhaalmanoeuvre door de leuning van de Zeelandbrug heen. De vrachtwagen, die in de richting Zierikzee reed, had ongeveer halverwege de vijf kilometer lange brug een auto willen inhalen. Toen de chauffeur een tegenligger zag aankomen remde hij hard. Volgens ooggetuigen is de combinatie bij de manoeuvre gaan slippen. De oplegger schoot door en drukte de vrachtwagencabine dwars, waardoor de gehele combinatie over de lage vangrail heen door de enkele brugleuning de Oosterschelde indook. De vrachtwagen met chauffeur belandde in de Oosterschelde.

Het was de eerste keer sinds de opening van de Zeelandbrug eind 1965, dat een auto het water is ingereden.

Op 29 november 1993 belandde de 21-jarige Danny Harte uit Terneuzen na een ongeval in de Oosterschelde. Hij zat als bijrijder in een busje dat een vrachtwagen probeerde in te halen op de brug, botste frontaal op een tegenligger. De auto sloeg een aantal keer over de kop en beide inzittenden werden uit de auto de Oosterschelde ingeslingerd. Eén man wist weer uit het water te komen, maar het lichaam van Danny Harte is nooit teruggevonden. Op de reling is aan de fietszijde een herinneringsplaquette aangebracht.

Op 10 november 2011 sprong een 59-jarige man uit de provincie Noord-Brabant van de brug. Door een getuige werd gezien dat een auto ongeveer halverwege de brug stopte, de bestuurder hiervan uitstapte en van de brug sprong. De getuige zag dat de drenkeling is meegevoerd met de stroom in de richting van de Oosterscheldekering.

Meteen na de melding werd een zoekactie gestart en zijn verschillende hulpverleningsinstanties ingezet. De volgende dag werd het stoffelijk overschot van de man langs de oeder van der Oosterschelde gevonden.

Op 27 oktober 2013 zijn een Belgische touringcar en een auto zijn op de N256 vlak voor de Zeelandbrug frontaal op elkaar gebotst. Bij het ongeval is de bestuurder van de auto om het leven gekomen. De inzittenden van de bus bleven ongedeerd, meldde de politie. De automobilist raakte om onbekende redenen op de verkeerde weghelft.

Op 3 juni 2014 vond een aanrijding tussen een bestelwagen en een vrachtauto plaats. De bestuurder van de bestelwagen is daarbij overleden.

Op 13 januari 2019 werd de 23-jarige Diana Schmitz vermist. Ze was die dag rond 13.00 uur met haar auto, een oud type donkergroene Opel Astra vanuit Goes vertrokken. Ze heeft om 13.07 getankt in Goes Noord en is daarna naar Zierikzee gereden. Vanuit Zierikzee is ze rond 13.50 uur in de richting van Goes teruggereden. Haar auto is enkele uren later door de politie teruggevonden op de carpoolplaats langs de N256 bij Colijnsplaat. Na een zoekactie van de politie is haar telefoon op de Zeelandbrug, op ongeveer 1.5 km lopen van haar auto gevonden. Diana Schmitz is nooit teruggevonden. Meer informatie.

Op 21 september 2019 werd een zoekactie gestart nadat een man door een val of een sprong van de brug in de Oosterschelde was gevallen. Hulpdiensten hebben de man nog gereanimeerd, echter zonder succes.

Op 3 mei 2020 kwam een 65-jarige Zierikzeese wielrenner om het leven toen hij na een botsing met een andere fietser, een 62-jarige man uit 's-Heer Hendrikskinderen op de brug ten val kwam.

Op 24 juli 2025 werd tijdens een zoektocht naar een vermiste vrouw haar lichaam bij de brug aangetroffen.

Op 9 mei 1974 is de Taklift 1, een zelfstandig varende drijvende bok, tegen de brug aangevaren. De brug was negen dagen buiten gebruik voor weg- en scheepvaartverkeer en in november van dat jaar nog eens vier dagen. De schade aan de brug bedroeg bijna drie miljoen gulden (ruim 1.360.000 euro) waarvan 404.000 gulden (183.327 euro) aan gederfde tol. Naar aanleiding van dit ongeval is bepaald dat doorvaart voor moeilijk bestuurbare vaartuigen slechts toegestaan is omstreeks de kentering van het tij.

Op 4 augustus 2025 werd door de politie een man uit de Zeelandbrug gered. Die zat daar naar eigen zeggen al zo'n twaalf uur opgesloten, nadat hij uit nieuwsgierigheid was binnengegaan en de deur achter hem in het slot viel.

De man kon uiteindelijk uit zijn benarde positie bevrijd worden door werklui die toevallig op de brug aan het werk waren. Ondanks de lange opsluiting verkeerde hij volgens de politie gelukkig in goede gezondheid.

Het Rijk en de Provincie Zeeland gaan samen onderzoek naar de toekomst van de Zeelandbrug. Er wordt gekeken naar vernieuwing van de brug in de huidige vorm, maar ook naar een verbreding, waarbij er twee keer twee rijstroken zouden komen. De resultaten van het onderzoek worden eind dit jaar verwacht.