起源于欧洲。1790年法国的西夫拉克伯爵（Comte de Sivrac）将两个轮子装在木马上，人骑在上面用脚蹬地前行，称木马轮。1816年德国的冯德赖斯男爵（Baron Karl von Drais）发明有车把可控制方向的木轮车，1818年获英国专利。1839年苏格兰铁匠麦克米兰（Kirkpatrick MacMillan）制成由曲柄连杆结构驱动后轮的铁制自行车。1861年法国的米肖父子发明前轮大、后轮小，前轮上装有曲柄和能转动的踏板的自行车，并于1867年在巴黎博览会上展出。1874年英国的劳森（H.J.Lawson）在自行车上采用了链条传动结构。1886年英国的斯塔利（J.Starley）使用了滚珠轴承和车闸，并将前后轮改为大小相同。1888年英国的邓洛普（John Boyd Dunlop）成功使用了充气橡胶轮胎，自行车至此基本完善。1868年5月31日法国的圣克劳德公园举行了自行车比赛，这是有记载的最早的自行车比赛。1893年举行首届世界业余自行车锦标赛。1895年举行首届世界职业自行车锦标赛。奥运会自行车比赛分场地赛、公路赛和越野赛3大类。
场地赛
在赛车场进行。赛车场为椭圆盆形，跑道用硬木、水泥或沥青筑造，跑道周长分400米、250米和333.33米，其中333.33米为国际标准场地。跑道宽5～9米，弯道坡度25～45度。所用自行车应为死飞轮，不得安装变速装置和车闸。奥运会比赛项目有追逐赛、计时赛、计分赛、争先赛。
追逐赛 分个人和团体项目。①个人追逐赛 出发时，两名运动员分别位于跑道正中的起、终点线上，枪响同时出发，互相追逐。在规定的距离内，如后面的运动员追上前面的运动员或与之并排，被追上或并排者淘汰，未被迫上，则以到达终点的时间决定胜负。获胜者参加下一轮比赛。②团体追逐赛 每队4名运动员参加。比赛时，运动员之间保持1米左右的距离，呈梯形队站立，枪响同时出发。如一队的第三名运动员追上另一队的第三名运动员或与之并排，被迫上或并列的队淘汰。如未追上，则以各队第三名运动员到达终点的成绩判定名次。每队必须有3名运动员到达终点方可计算成绩。现奥运会比赛项目有男子4000米个人追逐赛（1964年列入）、4000米团体追逐赛（1920年列入），女子3000米个人追逐赛（1992年列入）。
计时赛 1889年由彼德莱设计。以运动员到达终点的时间排列名次。比赛时运动员在同一起点单个原地出发，抽签决定出发顺序。出发犯规延后5人重新出发，再次犯规取消比赛资格。以每名运动员到达终点的成绩判定名次，优者列前。如成绩相等，则名次并列。奥运会仅设男子1000米计时赛，1928年被列为比赛项目。
计分赛 又称积分赛。比赛前先抽签排列顺序，指定一名领骑者。比赛时由领骑者领骑一圈，到达起点线时，发令员鸣枪，比赛正式开始。每5圈录取前四名计分，第一名得5分，第二名得3分，第三名得2分，第四名得1分。半程和终点计分加倍。以运动员比赛中的总得分排列名次。奥运会仅设男、女50公里个人计分赛，分别于1984年和1996年被列为比赛项目。
争先赛 又称速度赛。一般排定2～4名运动员同时原地出发，计最后200米的时间，首先通过终点者为胜。男、女1000米争先赛分别于1920年和1992年被列为奥运会比赛项目。
公路赛
在有各种地形变化的公路上举行。奥运会设有公路个人赛和公路团体赛。①公路个人赛 选择环行或往返路线，路面要有起伏和斜坡，起、终点应尽可能设在同一地点。赛程男子170～200公里，女子60～84公里。比赛时所有运动员位于起点线集体出发，以运动员到达终点的顺序排列名次。男、女个人赛分别于1896年和1984年被列为奥运会比赛项目。②公路团体赛 选择比较平坦的路面，途中应设转折点，起、终点应在同一地点。每队4人，在起点线成横排出发。队与队之间的出发间隔为2～3分钟。每队必须有3名运动员到达终点，并以第三名运动员到达终点的成绩判定名次。如成绩相等，则以该队第一名到达终点的成绩判定名次。奥运会仅设男子团体赛， 1912年被列为比赛项目。
越野赛
始于法国。20世纪50年代，一些自行车运动员厌倦了在现代化公路上枯燥的训练和比赛，他们到丘陵地带寻找新的环境、新的挑战，于是一种全新的运动方式产生了。自行车越野应骑山地车，据传，美国加利福尼亚大学学生斯科特（James Finley Scott）是第一位将普通自行车改装成山地车式样的人。以后越野运动逐渐在欧洲流行，并形成赛事。1990年国际自行车联盟承认了这项运动，1991年首次举行世界杯赛。越野赛应选择崎岖不平、有天然障碍的路面，必要时设置人工障碍。赛程男子40～50公里，女子30～40公里。比赛时各队从左至右排成一路纵队集体出发，以到达终点的时间判定名次。男、女个人越野赛均于1996年被列为奥运会比赛项目。