自行车运动常指借助自行车（单车）开展的各种运动的总称，属于借助人力推动的半机械化运动。极少使用独轮车、三轮车、四轮车或其他用于运输、娱乐或运动的人力车辆开展此项运动。自行车运动在公路或小道上进行，根据不同的环境和要求开展此项活动，有自行车旅行、越野自行车运动、雪地自行车运动等等。
自行车运动的开展，最早兴起于欧洲和北美等发达国家。1868年5月31日，法国圣克劳德公园内举行的自行车比赛为世界上最早的自行车比赛。首届国际性自行车赛事为1893年举行的首届世界业余自行车锦标赛，1896年在希腊雅典举行的第一届奥运会自行车比赛即为正式比赛项目。
1900年4月14日，在法国、比利时、瑞士、美国和意大利的倡导下，国际自行车联盟在法国巴黎成立。
自行车运动于20世纪初期在亚洲开始出现，日本于1908年在东京成立东京轮士会，1915年5月在上海举行的第二届远东运动会（中国、日本和菲律宾三国参加）共设八个比赛项目，其中脚踏车为比赛项目之一。
中国大陆全国性的自行车运动管理协调机构为1963年成立的自行车运动协会，该组织在1979年加入国际自行车联盟。
公路自行车
公路自行车运动是运动员从一地出发，沿公路骑行的运动。
公路自行车的轮胎比普通自行车窄，并且胎压可以达到100psi以上，所以在行驶过程中的摩擦力和山地车相比低不少。其制造广泛采用了新型材料，比如钛合金、碳纤维、高级铝合金材料等，所以公路自行车的重量很轻，一般约为8～9.5千克。
由于上述的特点，公路自行车的骑行速度要比普通自行车快很多。普通的爱好者稍加训练后，一般都可以达到每小时35公里平路的水平。而一个优秀的公路自行车运动员，在路况良好的平地路段上长距离骑行时的平均时度可以保持在每小时40～50公里的速度。
公路自行车赛种类：公路自行车赛的分类方法有很多种，最基本的有两种，即多人同时出发的比赛和个人/队分别出发的计时赛。
多人同时出发的比赛又可分为街道赛、单日经典赛和多日环行赛。街道赛在美国比较流行，一般选定5公里左右的循环路线，路线上有很多弯，选手们出发后先沿着路线骑一定的时间，如1小时，然后比赛组织者根据选手们的骑行速度决定之后骑行的圈数。
单日经典赛往往要求选手们在一天内骑行很长的距离，选手们全程都全力以赴，毫无保留，最著名的也是最具挑战性的单日经典赛事是巴黎－茹蓓，需要途经很多石块铺成的路面，损坏车胎、车轮，甚至损坏车架都是家常便饭。
专业多日环行赛往往长达1～3周的时间，对选手的耐力要求极高，需要在开始时保持体力。由于很多多日环行赛都包括山间公路赛段和计时赛，所以能够在这些赛段有出色的表现是赢得多日环行赛的关键。
除此之外，赢得多日环行赛还需要强大的队伍、聪明的战略和完善的后勤。由于多日环行赛如此具有挑战性，能赢得一个赛段也是莫大的荣誉。
公路自行车赛事：目前最负盛名的公路自行车赛事是每年一度的环法国公路自行车赛，始于1903年，迄今已有100多年的历史。比赛一般在每年的7月举行，参加比赛的选手在23天的时间里完成21个赛段，总骑行距离长达3000多公里，途中还要翻越高耸的庇利牛斯山脉和阿尔卑斯山脉，比赛的难度可想而知。但是，整个比赛路线沿途风景如画，选手们不时穿越一个个美丽的乡间小镇，而这一切正是环法自行车赛的魅力所在。美国运动员兰斯·阿姆斯特朗在癌症康复后连续赢得七次环法，史无前例。
每年在环法赛前有环意大利赛（始于1909年）作为暖身，因此到了环法赛时，各选手更是全力奋力以赴，更是精彩。之后，又有环西班牙大赛（始于1935年），以免爱好者得不到满足。
场地自行车
场地自行车比赛也称为“圆形场地”。场地赛中采用的自行车只配有一个齿轮且无闸。这些显得先进的技术和器材却是经过多年的改进才获得的，目的只有一个，就是让人把自行车骑得越来越快。
在1984年洛杉矶奥运会上，出现的新技术和器材特别多，其中包括首次出现的没有辐条的碳素轮胎。1992年巴塞罗那奥运会上，英国选手鲍德曼就是凭借赛车技术的提高，为英国获得了自1920年以来的第一枚金牌。鲍德曼的自行车为全碳素材料，总重量还不到9千克，且在很多部件都用上了空气动力技术。
2000年悉尼奥运会上，场地自行车再次展开了技术大战，且在项目上也有增加，女子增加了场地500米个人计时赛，男子增加了奥林匹克争先赛、麦迪逊赛、凯林赛。
场地赛的分类：场地自行车赛需要在赛车场进行。赛车场为椭圆盆形，赛道用硬木、水泥或沥青筑造，赛道周长分400米、250米和333.33米，其中333.33米为国际标准场地；赛道宽5～9米，弯道坡度25？～45？。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。
（1）追逐赛
追逐赛分个人追逐赛和团体追逐赛。
个人追逐赛出发时，两名运动员分别位于赛道正中的起、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；未被追上，则以到达终点的时间决定胜负。获胜者参加下一轮比赛。
团体追逐赛需要每队四名运动员参加。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，被追上或并列的队淘汰；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。每队必须有三名运动员到达终点方可计算成绩。
现在的奥运会比赛项目中，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）以及女子3000米个人追逐赛（1992年列入）。
（2）计时赛
计时赛是彼德莱在1889年设计的，比赛依据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出发，抽签决定出发顺序。出发犯规延后五人重新出发，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。
（3）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。每五圈录取前四名计分，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。如果将大部队套圈，则能得到20分。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。
（4）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。
2004年，第28届雅典奥运会设男子个人争先赛、1000米个人计时赛，4000米团体追逐赛、4000米个人追逐赛、奥林匹克竞速赛、个人计分赛、麦迪逊赛、凯林赛，女子争先赛、3000米个人追逐赛、个人计分赛、500米个人计时赛等18个项目。共有188名运动员参加比赛，其中男子154人、女子34人。
场地自行车赛道：场地自行车的赛道分直道和弯道两种。
（1）直道
木质赛道对铺装以及材料的硬度、刚度等都有很高的要求，每四圈1000米长的赛道只允许误差50毫米。老山自行车馆的赛道宽达11米，其中包括7米宽的比赛赛道和4米宽的安全通道，赛道从圆心向外扩散逐渐形成弧形坡度。按照国际自盟的要求，整条赛道的坡度在13？～47？之间。
（2）弯道
椭圆形赛道既有冲刺的直道，又有弯度很大的弯道，可以使运动员完美展现冲刺技术和过弯技术。
山地自行车
山地自行车赛，顾名思义，就是在高低崎岖不平的颠簸山地赛道上进行比赛。该赛事1977年诞生于美国西岸的旧金山。当时，一群热衷于骑沙滩自行车在山坡上玩乐的年轻人突发奇想：“要是能骑着自行车从山上飞驰而下，一定非常有趣！”于是便开始了越野自行车的设计制作，而正式命名山地车则是两年后的事。从此，“速降竞技”作为体育比赛中的一个新项目崭露头脚，运动员骑山地车沿规定的下坡线路高速滑降，速度快者为胜，吸引了众多的爱好者。
1996年第26届亚特兰大奥运会上，首次将山地车男子、女子的越野绕圈赛列入正式比赛项目。中国女选手在近年的比赛中进步明显，几名选手多次获得世界杯甚至世锦赛的前三名。
山地赛的分类：山地自行车赛分为越野赛、速降赛、分段赛、爬坡赛、双人绕杆赛、特技赛、超长越野赛、短程赛、耐力赛等。
（1）越野赛
自行车比赛项目之一，山地车赛的一种，分绕圈、超长、短程和耐力四种。绕圈赛赛程至少6公里一圈，持续时间随分类不同而不同；超长赛赛程至少30公里，有明显的海拔高度变化，集体或单个（计时赛）出发，通常比赛起终点非同一地点，但大圈的环形路可相同；短程赛路线每周最多6公里，起终点设同一地方，在保证安全的前提下，可设置自然或人为的障碍物，比赛路线上同时骑行的运动员最多80人；耐力赛是一项测验运动员操车技术、机械故障处理、按图骑行和速度耐力能力的长距离综合性项目，时间可持续两天或两天以上，设有多个检查点和不同路线。
（2）速降赛
简称“DH”，自行车比赛项目之一，山地车赛的一种。较少蹬车，将快、慢技术结合，以技巧性为主的比赛；比赛路线必须有3％为铺设的路面（如沥青、水泥等）；必须全都是下坡骑行路段，由单人道、跳跃、慢地段、田野、森林道和砾石道混合组成；采用个人计时赛的方式，以成绩优劣排列名次。
（3）分段赛
自行车比赛项目之一，山地车赛的一种，用两天或更多的时间进行一系列项目的比赛，以总成绩时间或总得分来判断比赛名次的比赛；顶级比赛举行时间最少5天，最多8天；次级比赛举行时间最少2天，最多4天。
（4）爬坡赛
自行车比赛项目之一，山地车赛的一种。赛程通常30分钟左右，视上坡的地形而定。比赛路线至少应包括80％的上坡骑行路段，集体或单个出发；起点设在一个指定位置，终点设在另一个海拔更高的地方。
（5）双人绕杆赛
自行车比赛项目之一，山地车赛的一种。两名运动员并排下坡，骑行于设有固定、柔韧的标杆的赛道上：先通过终点标杆为获胜者，以淘汰赛决定总的获胜者。
山地车赛的赛制：在山地车赛的出发点，所有选手同时出发。男子山地车赛全程为40～50公里（6～7圈）；女子比赛全程为30～40公里（5～6圈）。比赛的确切路程要等到比赛前一天晚上才能确定，主要是裁判要根据天气等条件来把握比赛时间。一般男子选手需2小时15分，女子选手需要2小时左右。这种令参赛选手极度疲劳的比赛还存在海拔上的变化，其高度将从海拔面升高到海拔230米左右。
BMX小轮车
BMX小轮车项目是一个新兴的项目，起源于美国，现在在欧美比较流行，是北京奥运会的新增项目。中国在这个项目上起步较晚，尚不具备和世界强手抗衡的实力。
BMX小轮车起源于20世纪60年代末期的美国加利福尼亚，当时摩托车越野赛在美国十分流行。而摩托化的运动也激起了人们的竞争性，儿童和青年也渴望参加比赛，但是却受到年龄的限制。于是，他们就自己动手建设赛道，穿上摩托车手一般的服装，使用自行车进行竞赛。这种比赛的成本十分低廉，易于家庭接受，这就使得这个项目迅速发展。尤其是在加州，这种运动十分流行。
1981年4月，国际BMX联盟成立，并于1982年举行了第一届世界锦标赛。1993年，BMX联盟正式并入国际自行车协会。
BMX小轮车的场地：小轮车赛场由直道、弯道和多个障碍组成，跑道长度在300～400米之间，起点宽度不少于10米，在整个赛道的任一地段宽度不少于5米。
出发台至少要高于第一直段跑道水平面1.5米，出发坡的长度不少于12米，出发门需要8米宽、50厘米高；出发坡与其夹角应成90？。从起点线向前10米处要标出八条跑道的位置，弯道坡度的设计要确保运动员在高速状态下安全进出。出发门应有电子控制和手动控制两套装置，并有灯光指示系统。
终点线位于赛道的终点处，由一条4厘米宽的黑色直线和两侧各10厘米宽的白色带状标志、共24厘米宽的线带组成。设置终点录像设备，以协助裁判员判定终点名次。
BMX小轮车分类：小轮车比赛分为在泥地赛道上的越野单车竞速赛和以技巧为主的自由式越野单车比赛。其中，自由式越野单车可具体分为五种，分别为最原始的泥地竞速比赛、泥地跳跃（利用泥土做成的坡度进行跳跃花式比赛）、街道（利用模仿街道障碍的道具场地进行比赛）、半管道（在半管道场地里进行跳跃花式比赛）、平地花式（在指定的平地里利用BMX车做各种平衡滑行的动作进行比赛）。