双脚划地的二轮车
世界上第一辆自行车是我国科学家黄履庄发明的。黄履庄约是康熙年间（1654～1722）的人。据《晚清野史大观》记载，黄履庄制造的自行车前后各有一个轮子，“长三尺余，可坐一人，不烦推挽，能自行自往，以手挽轴旁曲拐，则复行如初，随行随挽，日足行八十里。”
几十年以后，西方也出现了自行车。1790年的一天，法国人多·西夫拉克伯爵正吹着口哨，在雨后的路上走着。突然，一辆四轮马车从他身边急驰而过。西夫拉克来不及躲避，被溅了一身的泥水。他懊丧地回到家中，心想：宽大的四轮马车行驶在窄窄的马路上，会给行人带来很多不便。要是能有一种体积小、重量轻的交通工具多好啊……噢，对了！如果把四轮马车从中间一分为二，不就可以拥有一种小巧的车了吗？西夫拉克立刻动手，把他的想法付诸于实践。就这样，他发明了一辆全部用木料制成的两轮坐车。
西夫拉克制造的两轮车好像是前后安装了两个木头轮子的木马，中间有一根托架，连接着两个轮子。人骑在上面，两手扶住木马的头，用双脚蹬地，借助蹬地的反作用力，使轮子转动，车子前进。它既没有驱动装置，也没有转向的车把。骑车人把脚踩在地上不动，车子就会停下来。在拐弯的时候，人要从车上下来，把前车轮抬起来，以改变车子的方向。当时，人们称这种木马车为“休闲马”。不久，人们对这种车子的兴趣很快淡化了。后来，人们依据自己的喜好，不断修饰着坐车的外形。有的把托架雕成一条龙，有的把它刻成一头狮子。这种早期的自行车更像是一种大型玩物。
1813年，德国马登地区的杜莱西尼男爵也研制出了一种用脚蹬地行进的坐车。这种车的两个轮子纵向装在一个单边的简单木架子上，中间有一个座鞍。人坐在鞍上，两脚交替着前进。这种车仍没有驱动装置，然而骑车人可以将双臂放在一条铁档上，手扶着与前轮相连的木棍，可以自由转动方向。这种车的车身、车轮和辐条都是用木料做的。车架由金属制成，呈马鞍形。车座的高度可以调整。
当杜莱西尼男爵骑着车，出现在马路上时，他和他的车便成了人们的笑料。杜莱西尼因此丧失了本该可以领取的退休金。他死的时候，不名一文。但是，杜莱西尼的车在英、法、美三国却风靡一时，成为一种消遣品。1817年，这种车在巴黎卢森堡公园首次做公开表演，重新燃起了人们对两轮车的兴趣。人们在公开场合骑车取乐。英国人称这种车为“游乐木马”。英法两国建造特别的场地，玩这种新运动。
1818年，德国机械师多拉希斯把西夫拉克发明的木马式自行车的头进行了一番改造，给它加上了转向装置，即车把。骑车人双腿分开，跨坐在车上，转变车把，就可以改变车子的行进方向。这种自行车前轮小，后轮大。行进的动力依然是靠双脚划地。然而，高明的骑师骑着这种车，甚至比马车跑得还快。
脚蹬式自行车
1839年，一位名叫阿克帕特里克·麦克米伦的苏格兰铁匠带来了自行车史上的一次革命。他发明了放置在后轮的脚驱动装置，放置脚蹬。骑车者用脚踩着脚蹬，通过安装在后轮上的一个曲柄系统，就可以带动后轮前进，使车行走。麦克米伦改变了长期以来人们一直以为“只有靠双脚划地才能使自行车行走”的观念，使骑车者不再用双脚踏地，提高了自行车的速度。麦克米伦制成了世界上首辆真正的自行车，自行车开始进入了实用和商业制造阶段。但是，他的车也有缺陷，那就是骑车人很难踩动脚蹬。
1861年，法国的马车制造人皮埃尔·米绍在修理杜莱西尼式自行车的过程中，采取儿子欧内斯特的建议，将脚蹬和曲柄直接安装在自行车的前轮上。这种车使用的是无弹性的木轮子，骑起来特别颠，所以被称为“震骨器”。它也没有车闸。人在快速骑行时，要费很大的力气才能刹住车。但是，这种交通工具毕竟能够以车代步，所以得到了大家的认可，很快便风行欧洲。人们按照拉丁文“快”和“步行人”的意思，把这种车叫做自行车。就连妇女也开始借助自行车，积极参加各种社交活动。19世纪60年代，有一位名叫阿米利亚·布卢默的服装设计师，顺应潮流，专门为骑自行车的女士们设计了一种新的裤装，即女式灯笼裤。1865年，米绍公司制造了首辆由脚蹬直接驱动前轮的自行车。卖出的脚蹬式自行车达到400多辆。米绍的合伙人之一皮埃尔·拉勒芒移居美国，与美国人杰姆·卡罗共同开创了美国的自行车工业。1870年，英国的考文垂市开始生产米绍改造的自行车。
1867年，美国人卡涅尔斯和英国人马利卓用细金属条制作轮辐，使自行车的重量减轻了很多。
1868年，实心的橡胶轮胎的出现，减轻了自行车在行进中的震荡。
链条式自行车
1869年，法国的基鲁美发明了带链条的自行车，这是一种全新的自行车。脚蹬带动一只链轮，链轮又通过链条带动后轮转动。可惜，基鲁美在1870年的普法战争中阵亡，他发明的自行车被堆放在粮仓中，无人问津。
1870年，英国人詹姆斯·史泰龙在前人的基础上进行了大胆的创新。他也是将脚蹬装在前轮上。可是他的车的模样看起来怪怪的。车座有一人高，上下车和拐弯都很不方便。车行驶起来也不稳当。由于车的速度依赖于前轮，所以前轮的直径几乎长达1米～1.2米，后轮直径为0.4米，前轮大约是后轮的3倍。人骑在上面，颇有点儿耍杂技的味道。鉴于这种车的奇特形状，人们戏称它为“大小钱”，或者叫它“114便士”。史泰龙的自行车采用金属制造，并且采用橡胶实心轮胎。这种前轮大、后轮小的高轮车也有长处，那就是速度相当快。尽管人们认为它“危险性大”、“稳定性差”、“过于笨重”，然而，19世纪七八十年代，它完全占领了欧洲市场。英国则掀起了一股单车比赛热。1878年的泰晤士报曾写道：“单车手都曾经受到过警告，他们是在从事一项冒险的运动。但他们衡量了付出的代价后，认为值得冒险。”高轮车直到1885年才被淘汰。
1879年，英国人劳森最先将曲柄和脚蹬放在前后轮中间。他造出了一辆有链条驱动，有X型车架和车座较低的自行车。技术上的革新极大地提高了自行车的行驶速度和稳定性，劳森发明的自行车被誉为“安全自行车”。
1871年，发明家们用钢管制作自行车车架，增强了车子的坚固程度。
1880年，自行车上普遍应用了滚珠轴承，车速加快了，骑起来也轻巧多了。
1885年，英国工业家斯塔利设计出首辆链条式自行车的样车。安全自行车的前、后轮一样大，直径约0.76米。骑车人可以舒适地跨坐在两个轮子之间。脚蹬和后轮之间联结着一根链条。脚踏柄的尽头有一个链轮。骑车人用脚踩动脚蹬，链条就会带动后轮向前滚动，这便是齿轮传动装置。此时，自行车的外形已经和今天的自行车非常相像，自行车的结构基本定型。骑车已经成为公众喜爱的业余活动，同时又是重要的交通运输手段。
1887年，在英格兰，有一位名叫约翰·邓禄普的兽医，他的儿子为了在即将举行的单车比赛中战胜自己的同学，恳求邓禄普想个办法。邓禄普别出心裁地将废弃的旧胶管黏结成两个环，打足了气后，把它们分别绑在单车的两个轮子上。这便是最初的充气轮胎。比赛的那天，大多数同学都使用实心橡胶轮胎，他们对邓禄普发明的新奇玩意儿不屑一顾，嘲笑其为“木乃伊”或“布丁”。结果，邓禄普的儿子获得了冠军。第二年，在朋友的劝说下，邓禄普申请了充气轮胎的专利权，新闻媒体大肆宣传。一位爱尔兰的实业家与邓禄普合股经营，生产这种充气空心轮胎。于是，单车逐渐成为大众喜爱的交通工具。到1888年时，全世界已有30万辆自行车。
1892年，芝加哥人帕默发明了棉花轮胎。
高轮脚踏车不适合妇女使用，于是，没有横杆的自行车出现了。1893年，又制成了双人乘骑车，妇女穿长裙也可以骑车。
1893年，菱形车架被公认为最常用、最便宜的车架形式。它由三个三角形构件和一对叉子组成。
20世纪的自行车
从1900年起，自行车基本上没有多少重大的改革。只是通过更新颖的设计和使用较轻的铝合金材料，使车身的重量减轻了。1939年，世界自行车年产量为700万辆左右。第二次世界大战以后，用油少的轻便摩托车的出现使自行车市场受到冲击，自行车的销量下降了。60年代末，成人用的标准自行车的车轮直径为66厘米，儿童使用的自行车车轮为41厘米。一般装有3段～5段变速，还有的高达10段。60年代开发出轮径41厘米，具有高、直方向盘的折叠式自行车。到了70年代，自行车行业又重新兴旺起来。美国每年生产自行车600万辆；日本生产450万辆，出口100万辆；英国国内销售70万辆，出口89万辆。70年代初，全世界自行车的年产量已达3600万辆。
自行车的零部件制作与自行车本身的发展并驾齐驱。外胎用天然橡胶含量较多的原料制成，内胎用人造丁基橡胶为原料。驱动装置主要是链传动。变速器有叠片链轮变速和行星式变速两种，它们都有几档不同速度。制动机构主要分为轮缘闸和轮毂闸。前者以手闸应用最为广泛，具有牢固、刹车性能好等特点。后者有涨闸和脚闸。涨闸大多用于轻便车；脚闸比较安全、可靠，不受油、水或者气候的影响。车灯主要以电池为电源。鞍座多为弹簧座，便于配换。70年代起，又出现了模压塑料鞍座，但易于变形。
90年代，为了保持自行车车体自重轻的优点，众多的生产制造商不仅用铝合金制造前轴壳、后轴壳、车闸、车圈、车把、脚蹬、车架、前叉等零部件，还开始采用钛合金和碳纤维制造车圈和车架，大大减轻了自行车的重量，增强了车子的牢固性。近年来，美国、日本和台湾的一些自行车厂家使用碳纤维生产的自行车，重量只有1.6千克～2.4千克，其轻巧程度让人叹为观止。
为了达到骑行便捷的目的，变速自行车的变速比不断升级，从5速、10速、18速、21速发展到24速。车把也集制动、变速、导向等多功能为一体。调速的时候，手不离闸，不会影响制动和导向，安全性得到保障。变速车轻便，灵敏度高，从链轮带动整个链子，并牵动另一个小链轮。它的变速装置适用于不同的地形。高齿轮用于下坡，低齿轮用于爬坡或抗风。另外，它还有前后轮缘缆线煞车装置，握住手上的杠杆，就可以减速。
与此同时，各自行车厂家也将目光转向了自行车的外形。随着美观大方已成为人们的审美标准，厂家不但给自行车加上了五颜六色的漆膜涂饰，而且生产出包塑产品。车架有菱形的，也有非菱形的。1962年，英国工程师摩尔设计出一种新型车架，用一根粗的椭圆形管作为主横梁，它上面伸出两根平行管，作为鞍座管和前轮管，近年来被许多厂家采用，制造16英寸的小轮车。车架有前避震的、后避震的，也有前后混合避震的。自行车的品种也日新月异。
庞大的自行车家族
通过不断的改进，现代的自行车大体可分为以下几种类型。
第一种是普通型自行车。这种车结构牢固，骑行轻快，可装载适量的东西，适合在城镇道路上使用。
第二种是载重型自行车。其外形和尺寸没有多少变化。为了负载重物，前叉、钢圈、辐条、后搁物架进行了特殊处理，增加了车子自身的重量。
第三种是轻便型自行车。它重量轻，结构精巧，骑起来轻巧平稳，便于搬动。轮径一般为28英寸或26英寸。轻便型和普通型自行车有专为女士设计的样式，它的车架上没有横杠。
第四种是小轮型自行车。这种车是专为妇女、儿童和老人设计的。它轮径小，一般在22英寸以上。1980年，法国人让·弗朗索瓦·基利西为他设计的城市小轮自行车申请了专利。这种自行车的轮径仅为传统车轮的1/2；车把采用中继式操纵，减小了车身的摆动，提高了制动性能和轮胎与地面的附着力；车上还有自动装置，将制动力平均分配在前后制动器上，所以自行车行驶平稳，制动舒适。1981年，英国的产品系统有限公司造出了一辆微型自行车——布朗斯顿自行车。车上装有多处活动关节，便于折叠。折叠后的车子的体积比现在市场上出售的任何一种自行车都小，人们甚至可以把它装在一个手提箱里，随身携带。
第五种是赛车型自行车。它着重于减轻车重和便于骑车人发挥驱车力量。轮径多为17英寸。
第六种是助动车。有发动机助动车和电力助动力。前者的油耗在每100千米1.5升之内，最高车速可达每小时25千米。近年来，我国的一些城市先后生产了很多辆助动车。后者带有小型发电机，依靠车轮的摩擦带动。
20世纪后期问世的山地车已成为世纪自行车的主流。山地车于80年代在美国出现，如今已遍及欧洲、日本、大洋洲和广大第三世界国家，占据了1/2以上的世界市场。它的速度可以通过大小齿轮自动调节，上坡时省力，内外胎加宽，越野性能极强。山地车派生的款式已达上百种。随着科技水平的不断提高，国际市场上正兴起一种带有避震装置的自行车。