Как и относительно множества других изобретений, изобретатель и время создания велосипеда остаются спорными.
Есть доказательства, что в Древнем Египте уже был некий двухколесный механизм, который приводился в движение ногами ездока.
Проекты велосипеда были также у Леонардо до Винчи ещё в XV веке: его двухколесное приспособление для передвижения стало прототипом велосипеда.
Прообраз велосипеда приписывается графу де Сивраку (1791 год, Франция), но многие ученые считают, что это фальсификация 1891 года. В любом случае, тот самокат был ещё без педаль и руля.
Также упоминается, что в 1800 году велосипед сконструировал крепостной крестьянин Артамонов, за что он и его семья получили вольную. Но никаких документальных свидетельств этому не было обнаружено. Никаких упоминаний о крепостном изобретателе Артамонове не найдено ни в архивах, ни в камер-фурьерских журналах (сборниках кратких записей, которые ежедневно велись при русском царском и императорском дворах придворными, которых так и называли камер-фурьерами), ни в подборке материалов о крепостных изобретателях.
Прообразом Артамонова, возможно, был крепостной изобретатель Е. Г. Кузнецов-Жепинский, который действительно получил вольную вместе с племянником по имени Артамон за свои изобретения. Однако он изобрел другие конструкции, а не велосипед.
Считается, что созданный Артамоновым велосипед хранится в краеведческом музее Нижнего Тагила. Но как показал химический анализ железа, велосипед из нижнетагильского музея сделан не раньше 1870 года.
С 1817 года появляются официальные упоминания разработок велосипеда.
В 1817 году профессор барон Карл фон Дрез из Германии придумал первое приспособление, наиболее близкое к современному велосипеду. Это был первый высокий двухколёсный самокат, который имел управляемое переднее колесо и руль, седло и раму. Педалей пока не было, но в целом приспособление выглядело похоже на современный велосипед. Он назвал своё изобретение "машиной для бега" ("Laufmaschine"). Его изобретение также получило название "дрезина" (по фамилии изобретателя). Это слово, как мы знаем, и сейчас сохранилось в языке. Британцы же называли эту конструкцию "дэнди-хорс" или "хобби-хорс".
Запатентовано это приспособление было в 1818 году.
В 1839 году шотландский кузнец Киркпатрик Макмиллан добавил к дрезине педали (они крепились с помощью железных стержней и шатунов к заднему колесу). Тогда конструкция не получила широкого распространения. По свидетельствам, Макмиллан ездил на этом устройстве так быстро, что даже был арестован за "бешеную езду".
Не зная о конструкции, созданной Макмилланом, в 1862 году мастер по созданию детских колясок Пьер Лалман из Франции тоже прикрепил к дрезине педали: он прикрутил педали к переднему колесу дрезины. В 1964 году по его конструкции начался массовый выпуск велосипедов, и в 1866 году Лалман запатентовал своё изобретение под названием "велосипед". По сути, это официально сделало его первым создателем велосипеда. Хотя большинство источников в качестве изобретателя велосипеда всё же называют Карла фон Дреза.
Название "велосипед" придумал французский изобретатель Жозеф Нисефор Ньепс (старофранцузский: "vélocipède", от лат. "velox" - "быстрый" и "pes" - "нога").
Всё это время велосипеды были деревянными. Лишь при начале массового выпуска велосипеда Лалмана непрочная деревянная рама была заменена на металлическую.
В 1867 году появились металлические спицы (английский инженер Эдвард Каупер). До этого спицы были деревянными, а соответственно тоже непрочными и недолговечными.
Внешний вид и конструкция велосипеда продолжали видоизменяться (см. изображение ниже).
Цепную передачу к конструкции велосипеда присоединил в 1878 году англичанин Лоусону.
Первый велосипед, похожий на современные, с колесами одного размера и цепью был создан в 1884 году и назывался "Rover" ("скиталец", "разбойник", "странник"). Тогда и образовалась фирма "Ровер" и в дальнейшем выпускала автомобили.
А первые надувные каучуковые покрышки для велосипеда создал в 1888 году шотландец Джона Данлоп (до этого уже были попытки в 1845 году, но те надувные шины оказались непрактичными). Езда на велосипеде стала более комфортной, так как такие покрышки служили амортизаторами при езде. Сегодня автомобильные шины Dunlop считаются одними из лучших, а фирма является одной из крупнейших в мире.
Тормоза появились в 1898 году (вначале педальный тормоз и механизм свободного хода, который давал возможность не крутить педали, когда велосипед катится. Примерно в то же время был создан и ручной тормоз).
В начале XX века стали появляться первые механизмы переключения скоростей.