据记载，最早的自行车比赛是1868年在法国圣克劳德公园内举行的。1892年由比利时、加拿大、丹麦、英国、法国、德国、荷兰、美国的一些自行车运动爱好者发起，组织了国际自行车运动协会，这是国际自行车联盟的前身。1893年组织了首届世界业余自行车锦标赛。1895年组织了首届世界职业自行车锦标赛。在1896年第1届奥运会上，自行车就被列入正式比赛项目。

早期的自行车运动主要在欧洲、美洲一些发达国家开展。在运动成绩方面，欧洲选手占有绝对优势，特别是法国、英国、意大利、比利时、德国选手曾一度垄断了世界纪录和世界最好成绩。直到2004年雅典奥运会，澳大利亚以6枚金牌的绝对优势改写了欧洲在奥运史上自行车运动的垄断地位。

在20世纪50年代，山地车越野运动出现于法国，并逐渐在欧洲流行。首次山地车赛是20世纪70年代在美国的圣弗兰西斯科市举行的。1991年首次举行世界杯赛。1996年被列为奥运会比赛项目。

20世纪60年代，美国加利福尼亚又兴起一种新的自行车运动：小轮车。1993年小轮车正式成为自行车运动大家庭的一员。2003年12月国际奥委会正式批准小轮车为2008年北京奥运会比赛项目。