دوچرخه وسیله نقلیه‌ای است سبک و دارای دو چرخ که به کمک پا زدن حرکت می‌کند. تاریخچه دوچرخه‌سواری به عنوان یک ورزش با تاریخچه خود دوچرخه، ارتباط کامل دارد.
اولین فرد در تاریخ که سوار بر دوچرخه شد، یک فرانسوی به نام سیوراک (sivrac) بود. سیوراک، در سال 1690 میلادی دوچرخه‌ای چوبی ساخت که شاخه‌هایی عمودی بر روی چرخهای آن قرار داشت و هر دو چرخ به وسیله یک چوب افق به هم متصل می‌شد. این دستگاه، پنجه رکاب نداشت و حرکت آن به کمک فشار دادن پاها بر روی زمین صورت می‌گرفت. اهالی پاریس، دوچرخه سیوراک را اسب چوبی عنوان داده بودند.
اسب چوبی گرچه تعجب مردم پاریس را برانگیخته بود، چندان مورد استقبال قرار نگرفت و فقط فروشندگان دوره‌گرد بودند که برای حمل بار از آن استفاده می‌کردند.
در سال 1817، در شهر کارلسروهه آلمان شخصی به نام بارون فون دریاس دوچرخه پایی کاملتری ساخت و یک زین کوچک هم بر روی آن قرار داد. دوچرخه‌های فون دریاس به زودی در چند پایتخت اروپایی به مردم معرفی شد و شخصی به نام دنیس جانسون یکی از آنها را با خود به انگلستان برد تا از روی آن بسازد و بفروشد.
دنیس جانسون کلاسهایی برای آموزش فن دوچرخه‌سواری ترتیب داد و با این کار مشتاقان بسیاری برای کالای خود به وجود آورد. به این ترتیب، کار و بار دنیس جانسون به قدری گرفت که دوچرخه‌سواری تبدیل به یکی از تفریحات محبوب و متداول روز شد.
در سال 1818، شخصی به نام بارون ساوربرن در فرانسه دوچرخه‌ای ساخت که دارای چرخ بسیار بزرگی در جلو و چرخ کوچکی در عقب بود. به چرخ جلو این دوچرخه عجیب، طنابی دایره‌وار (به صورت حلقه) بسته می‌شد که راننده باید آن را با دست می‌کشید تا چرخ جلو به حرکت درآید و دستگاه را به جلو ببرد. چنین کاری فقط از عهده بندبازها و دوچرخه سوارهای بسیار ماهر بر می‌آمد. از روی این دستگاه عده زیادی افتادند و مجروح و مصدوم شدند.
در سال 1834، آهنگری اسکاتلندی به نام مک میلان برای دوچرخه پنجه رکاب اختراع کرد تا دیگر احتیاجی به فشار پا بر روی زمین نباشد. مک میلان دوچرخه خود را به تدریج و طی پنج سال چنان کامل کرد که می توانست تا 22 کیلومتر در ساعت سرعت بگیرد. خود مک میلان نمایشهایی هم برپا می‌کرد تا به مردم ثابت کند که وسیله نقلیه او چه اندازه مطمئن و بی‌خطر است. دوچرخه مک میلان اکنون در موزه لندن نگهداری می‌شود.
در سال 1860 در فرانسه، کارخانه‌داری به نام میشو به دوچرخه علاقمند شد و تصمیم گرفت تغییراتی در آن به وجود بیاورد. برای این کار،میشو مهندس جوان و مبتکری به نام پی‌یر لالمنت را به استخدام کارخانه خود درآورد.
لالمنت، قسمتهایی از دوچرخه را که قبلاً از جنس چوب بود، با لوله‌های آهنی ساخت و سپس سطح خارجی چرخهای چوبی را با نوارهای لاستیکی پوشانید. در سال 1962 لالمنت دوچرخه‌ای ساخت که دارای رکاب بر روی چرخ جلو بود. وقتی لالمنت به آمریکا مهاجرت کرد، دوچرخه ابداعی خود را هم در آنجا ساخت و به بازار فرستاد. دوچرخه‌های لالمنت در ایالات متحده به بون شیکر معروف شدند.
در سال 1871 در انگلستان دوچرخه‌ای به بازار آمد که کم و بیش شبیه بون‌شیکر بود. این دوچرخه را شخصی به نام جیمز استانلی چنان ساخته بود که چرخی بزرگ در جلو و چرخی کوچک در عقب داشت و با یک پدال که در مرکز چرخ جلو کار گذاشته شده بود، حرکت می‌کرد.
در سال 1873 مهندسی به نام هاردی لاوسون برای نخستین بار زنجیر چرخ را به دوچرخه افزود. این زنجیر به چرخ عقب وصل می‌شد و با گردش آن توسط فشار پا، دوچرخه به حرکت در می‌آمد. با این همه، چون تایر دوچرخه سنگین بود و از لاستیک توپر ساخته می‌شد،سرعت دوچرخه چندان زیاد نبود. اما، در سال 1879 در مرکز چرخه بلبرینگ قرار گرفت و این ابداع که توسط شخصی به نام توماس صورت پذیرفته بود، بر سرعت دوچرخه بسیار افزود. در سال 1881 یک شرکت سازنده چرخ خیاطی دوچرخه‌هایی تولید کرد که هر دو چرخ جلو و عقب آن به یک اندازه بود.
در سال 1889 میلادی دانلپ از تایرهای هوادار برای دوچرخه استفاده کرد. نخستین تایری که دانلپ ساخت، اکنون در موزه «ادینبورد» در انگلستان نگهداری می‌شود. این تایر پیش از آنکه باز نشسته شود، حدود پنج هزار کیلومتر کار کرده بود. در اواخر سال 1888، گروهبان بلفست برای کمپانی دانلپ لاستیک تویی و رویی دوچرخه را ساخت و از آن تاریخ تاکنون دوچرخه را به صورتی که امروز معمول است می‌سازند. در سال 1896 با شروع نخستین دوره بازیهای المپیک نوین، مسابقات دوچرخه‌سواری به عنوان یک رشته ورزشی مستقل و پرطرفدار در برنامه بازیها گنجانده شد.
نخستین مسابقه دوچرخه‌سواری در سال 1868 در محلی به نام هندون در انگلستان انجام شد. در همین سال یک کارخانه سازنده دوچرخه در فرانسه، مسابقه‌ای نمایشی به مسافت 1200 کیلومتر (دور فرانسه) ترتیب داد تا برای محصولات خود تبلیغ کند.
در سال 1869 نخستین مسابقه بین‌المللی دوچرخه‌سواری در جاده بین دو شهر پاریس و روان برگزار شد. نقطه شروع این مسابقه طاق نصرت در پاریس بود و از میان 323 شرکت کننده در این مسابقه تاریخی، یک انگلیسی به نام جیمز مور به مقام نخست رسید.
در سال 1876، شخصی به نام اف.ال.دادز در دانشگاه کمبریج لندن توانست 25 کیلومتر را در زمانی کمتر از یک ساعت رکاب بزند و نخستین رکورددار سرعت در تاریخ دوچرخه‌سواری باشد.
در این سالها، دوچرخه‌سواری به صورت یک تفریح همگانی در ایالات متحده درآمده بود و این ورزش و سرگرمی جدید به قدری مورد استقبال مردم قرار گرفته بود که روزهای تعطیل و یکشنبه‌ها به جای حضور در مراسم دعا و نیایش کلیسا، پیر و جوان سوار بر دوچرخه رهسپار خارج از شهر می‌شدند. نوشته‌اند که کشیش یک کلیسا برای مقابله با این وضع، سوار بر کالسکه به میان جمع دوچرخه‌سواران می‌رفت و خطاب به آنها با اعتراض می‌گفت: ای غفلت‌زدگان! روی زین دوچرخه نشستن و رکاب زدن، شیوه‌ای درست برای رسیدن به خدا نیست!
در سال 1883، یک آمریکایی به نام کورتیس، نخستین رکورد دوچرخه‌سواری استقامت را برپا داشت. او به مدت یک شبانه‌روز کامل رکاب زد و در این مدت مسافتی معادل 320 کیلومتر را پیمود. در همان سال، یک آمریکایی دیگر به نام توماس استیون تصمیم گرفت با دوچرخه خود دنیا را دور بزند. این دوچرخه‌سوار پس از دو سال به وطن خود بازگشت و ادعا کرد که هرجا بر روی کره زمین جاده‌ای بوده، آن را پیموده است.
در سال 1878، اولین اتحادیه ملی دوچرخه‌سواران در انگلستان تأسیس شد و این اتحادیه، مقررات خاصی برای مسابقات دوچرخه‌سواری در جاده و پیست برقرار کرد.
در سال 1891، دوچرخه سواری به نام پاگربیل موفق شد 142 ساعت (حدود 6 شبانه‌روز) پیوسته رکاب بزند. این رکوردگیری در مکانی که امروزه مجموعه بسیار بزرگ مدیسون اسکوئرگاردن نیویورک برپا شده است، صورت گرفت.
در سال 1895، لوتر.اچ.پورتر کتابی منتشر کرد با عنوان «دوچرخه‌سواری برای تندرستی و تفریح». پورتر در کتاب خود خاصیت دوچرخه‌سواری را در کم کردن وزن، افزایش قدرت بدن و بهبود تنفس شرح داده بود.
پایه های فدراسیون بین المللی دوچرخه سواری، در سال 1900 با تأسیس اتحادیه بین المللی دوچرخه سواری، ریخته شد. مرکز این اتحادیه در شهر پاریس بود. در حال حاضر فدراسیون بین‌المللی دوچرخه‌سواری که آن را به اختصار فیاک می‌نامند و از طرف کمیته بین‌المللی المپیک نیز به رسمیت شناخته شده است، به کار توسعه، هدایت و ایجاد مقررات جدید می‌پردازد.
فیاک عضو اصلی اتحادیه بین‌المللی دوچرخه‌سواری نیز هست. مقر فیاک در شهر رم قرار دارد. مشهورترین مسابقات دوچرخه‌سواری جاده در دنیا، تور دوفرانس است که مسافتی بالغ بر 3500 کیلومتر را در بر می‌گیرد. تور دوفرانس در سال 1903 به ابتکار هانری دگرانژ سردبیر مجله آتو در فرانسه پا گرفت و از آن تاریخ به بعد همه ساله به طور منظم و با شرکت بهترین دوچرخه‌سواران جهان برگزار می‌شود.