自行车是人类发明的最成功的一种人力机械，是由许多简单机械组成的复杂机械。
1790年，有个法国名叫西夫拉克，他特别爱动脑筋。有一天，他行走在巴黎的一条街道上，因为前一天下过雨，路上积了许多雨水，很不好走。突然，一辆四轮马车从身后滚滚而来，那条街比较狭窄，马车又很宽，西夫拉克躲来躲去幸而没有被车撞倒，还是被溅了一身泥巴和雨水。别人看见了，替他难过，还气得直骂，想喊那辆马车停下，讲理交涉。西夫拉克却喃喃地说：“别喊了，别喊了，让他们去吧。”马车走远了，他还呆呆地站在路边。他在想：路这么窄，行人又那么多，
为什么不可以把马车的构造改一改呢？应当把马车顺着切掉一半，四个车轮变成前后两个车轮……他这样一想，回家就动手进行设计。经过反复试验,1791年第一架代步的“木马轮”小车造出来了。
这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。
德国男爵卡尔杜莱斯在1817年制造出有把手的脚踢木马自行车，他在车子前轮上装了一个方向把手，这是人们第一次看到不需用马拉的奇怪车子，也是人们最早的自行车印象。他的发明是构想是来自於溜冰鞋的原理，他想如果人们在两轮之上放个座垫，人坐在上面两脚下垂交互踩踏前进车子就能像溜冰一样前行了。
1816年，在德国有个看林人名叫德莱斯，他每天从村东的这一片树林，走到村西的另一片树林，年年如此。他想：如果人坐在车子上，走走停停，随心所欲，不是很潇洒吗？德莱斯开始制作木轮车，样子跟西夫拉克造的差不多。不过，在前轮上加了一个控制方向的车把子，以改变前进的方向。但是骑车时依然要用两只脚，一下一下地蹬踩地面，才能推动车子向前滚动。当德莱斯骑车出门试验的时候，一路上遭到不少人的嘲笑。尽管如此，他还是十分喜欢自己创作的这架“可爱的小马崽”。一次德莱斯在骑车闲逛时开过来一辆马车，车夫嘲笑他说他的车慢，于是他就和车夫说：“你信不信我的车比你的马车还快”于是他们两个打了个赌。路程是从村东到村西的一个来回，结果德莱斯比车夫整整快了1个多小时。
1819年英国、德国也都先后成立了自行车运动历史上最早的自行车学校，教人如何骑玩具马-Hobby Horse；在当时没有汽车、火车的时代，以马车为交通工具的法国、英国、美国形成了争相骑玩具马的风气，人们跨上了玩具马用力蹬，速度越快，车子就越稳，这个骑玩具马的风气在欧美持续了约十年的历史。 在1818年英国的铁匠及机械师丹尼士强生(Dening Johnson)率先以铁造取代了木头材质，以铁造取代了车轮的骨架，接著他又在伦敦创办了两所学校以训练人们学习及骑乘自行车。后来英国人就把这台有趣的车子叫作Hobby Hors，这台铁制的车由技术好、有经验的人骑乘时速可以到十三公里。
1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，弄到了一辆破旧的“可爱的小马崽”。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的，前轮大，后轮小。当骑车人踩动脚蹬，车子就会自行运动起来，向前跑去。因此而被警察抓住，并处以罚款。其罪名是“野蛮骑车”。
1861年，法国的米肖父子，原本职业是马车修理匠，他们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，这样除非骑车的技术特别高超，否则就抓不稳车把，会从车子上掉下来。他们把这辆两轮车冠以“自行车”的雅名，并于1867年在巴黎博览会上展出，让观众大开眼界。
1869年，英国的雷诺看了法国的自行车之后，觉得车子太笨重了，开始琢磨如何把自行车做得轻巧一些。他采用钢丝辐条来拉紧车圈作为车轮；同时，利用细钢棒来制成车架，车子的前轮较大，后轮较小。从而使自行车自身的重量减小一些。从西夫拉克开始，一直到雷诺，他们制作的5种型式的自行车都与现代自行车的差别较大。
真正具有现代形式的自行车是在1874年诞生的。英国人罗松在这一年里，别出心裁地在自行车上装上了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。但仍然是前轮大，后轮小，看起来不够协调，不稳定。
1886年，英国的约翰.k.斯塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶的车轮。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利推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致了。
1888年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上，前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因路面不平而震动；同时大大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦力。这样，就根本上改变了自行车的骑行性能，完善了自行车的使用功能。
同样是1888年，英国考文垂市的约翰.k.斯塔利生产出了第一辆现代自行车———“安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架，使得车身有更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。
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，两名男子骑着一辆车轮几乎为一人高的自行车。
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。
因此，第一个发明自行车的人，也只是自行车框架的大概，雏形，还没有现在自行车这么容易操作，只能直行，因此掌握平衡肯定是没问题的。毕竟动力是来自人脚去蹬地面，使自行车前进。
经过许多人不断研发，到现在脚踏车才算完全定型。与以前发展中的自行车相较最大的进步，就是高度变低、材料变好；传动方面则是由鍊条传动后轮，增加了车子的稳定度。年代由一群美国嬉皮所发展出的越野登山车将以往竞速用的公路车，变更为肥厚轮胎、平直把手，成了现代人又一项最新的户外休闲运动；快拆式的前后轮装置，方便了自行车的随身背负或随车运载，车身轻、周边配备又多，使得自行车的骑乘变的运动又休闲，骑上自行车的炫耀感及优越感油然而生。 从木马逐渐演变成铁马，使用的材质从木质转换成铁质、钢管及钼铬合金、钛合金及碳纤材料等的使用，愈来愈轻巧，而自行车的种类也可以使用功能性概分为公路车、登山车、旅行车、一般车甚至於电动自行车等产品，满足了现代人对自行车既舒适又多功能的要求，自行车的研发与人体合而为一的表现越显重要。