1766年，一群修士在修复达·芬奇手稿的时候，发现了最早的自行车雏形（1490年），但并没有实际地制造出来，只停在想象的阶段。
一个下雨天，法国人西夫拉克在街头被经过的四轮马车溅了一身泥，这一溅使他突发奇想：四轮马车这么宽，应当把马车顺着切掉一半，四个车轮变成前后两个车轮……于是1791年第一架代步的“木马轮”小车诞生了。这辆小车有前后两个木质的车轮，中间连着横梁，上面安了一条板凳，像一个玩具。这辆“木马轮”虽然既没有传动链条，又无转向装置，但一般被认为是人类最早的自行车。
1818年，德国看林人德莱斯也制作了一辆两轮车，他在前轮上加上了一个控制方向的车把，可以改变前进的方向。但是骑车时依然要用两只脚蹬地，才能推动车子向前滚动。1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，在德莱斯发明的木轮车的基础上进行改进。他在后轮的车轴上装上曲柄，再用连杆把曲柄和前面的脚蹬连接起来，并且前后轮都用铁制，前轮大，后轮小。这样人的双脚终于真正离开地面，由双脚的交替踩动带动轮子滚动车辆前行。1842年，麦克米伦骑上这种车，一天跑了20千米。
1861年，法国的米肖父子在前轮上安装了能转动的脚蹬板，车子的鞍座架在前轮上面。他们把这辆车冠以“自行车”的雅名，并在1867年巴黎博览会上展出。
从西夫拉克一直到米肖父子，他们制作的自行车与现代自行车差别较大，这种不带链条传动系统的自行车为了提高速度只能通过提高前轮的直径来实现，由此造成车辆高度极高，前轮的直径甚至超过了普通人的身高，骑自行车变成了一项相当危险的运动，当骑行者摔倒在地的时候往往会受伤。真正具有现代化形式的自行车在1874年诞生。英国人罗松在自行车上别出心裁地装上链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。
1886年英国的机械工程师斯塔利，从机械学、运动学的角度设计出了新的自行车样式，装上前叉和车闸，前后轮大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产和推广应用开辟了宽阔的道路，因此他被后人称为“自行车之父”。他所设计的自行车车型与今天自行车的样子已经基本一致了。
1888年，爱尔兰的兽医邓洛普从医治牛胃气膨胀中得到启示，将自家花园用来浇水的橡胶管粘成圆形并打足气装在自行车上，这是充气轮胎的开端。充气轮胎是自行车发展史上的一个划时代的创举，不但从根本上改变了自行车的骑行性能，而且完善了自行车的使用功能。
脚踏车大约于1875年传入中国，脚踏车最初称为“洋马儿”，对中国人来说，“洋马儿”是新奇的事物。当时的刊物《点可斋画报》就好几次把外国人踏脚踏车当成了新闻。
知识链接：自行车的诞生
世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。自行车问世后迅速成为当时欧洲人青睐的交通工具。19世纪一些欧洲人也构思出了一些理想的自行车图。
自行车发明的早期阶段，人们认为越大的轮子行驶的速度越快。在自行车的发明阶段，有些人并没有把自行车的两个轮子设计成前后放置，而是把两个轮子做成了左右放置，这种自行车的外形有些类似轮椅。
后来又衍生出一种三轮自行车。三轮自行车的平衡能力更好，人们更容易学会骑乘三轮自行车。随着日后自行车技术的改进，三轮自行车逐渐发展成一种运货的交通工具。
