自行车的发明是一个逐步完善的过程，是人类在前人不断的积累下完成的。
1790年，法国人西夫拉克，在雨后的一天，走在巴黎的一条街道上。被一辆从身后滚滚而来的四轮马车撞倒。这种状况让他思考，为什么不可以把马车的构造改一改呢？
经过反复试验，1791年第一架代步的“木马轮”小车造出来了。这辆小车有前后两个木质的车轮子，中间连着横梁上面安了一个板凳，像一个玩具。由于车子还没有传动链条，靠双脚蹬才能慢慢地前进，而且车子上也没有转向装置，只能直行，不会拐弯，出门骑一会儿就累得满身大汗。
但这时候自行车还不完善，西夫拉克并不灰心，他继续想办法加以改进。可惜，不久他因病去世。
1818年，德国一位看林人德莱斯，因为每天在村子东西的两片树林来回，引发制造一种可以随意停走的自行车的构想。德莱斯开始制作木轮车，他制作的自行车与西夫拉克的差不多。不过，在前轮上加了一个控制方向的车把子，可以改变前进的方向。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”。
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。这样一来，就使骑车人的双脚真正离开地面，以双脚的交替踩动变为轮子的滚动，大大地提高了行车速度。1842年，麦克米伦骑上这种车，一天行驶了20公里，由于不小心，踩车的速度过快，撞倒了路上的一个小女孩，因此而被警察抓住，并处以罚款。其罪名是野蛮骑车。
1861年，法国马车修理匠米肖父子，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，并在1867年在巴黎博览会上展出，让观众大开眼界。
1869年，英国的雷诺采用钢丝辐条来拉紧车圈作为车轮；同时，将细钢棒制成车架，它的车子的前轮较大，后轮较小。从而使自行车自身的重量减小了一些。
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，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和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“漫游者”号自行车车型同今天自行车的外型大体相同了。
1888年，爱尔兰的一位兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中，突发灵感，他将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，减少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。
从18世纪末叶起，一直到20世纪初期，自行车的发明和改进，经历了大约200年的时光，有许多人为之奋斗不息，才演变成现在这种骑行自如的样式。