اولين دوچرخه سال 1196 هجري شمسي به دست يك نجيب‌زاده آلماني به نام كارل فون دريس ساخته شد. هدف او از ساخت اين وسيله، حركت سريع‌تر ميان املاك خانوادگي‌اش بود. اين دوچرخه كه البته شباهت چنداني به دوچرخه‌هاي امروزي نداشت، از دو چرخ هم اندازه تشكيل شده بود كه روي بدنه‌اي چوبي قرار داشت و فرد با سوار شدن روي آن و با حركت دادن پاي خود روي زمين، به جلو حركت مي‌كرد. اين وسيله كه اسب سرگرمي نيز ناميده شده بود در دوره‌اي بسيار كوتاه مورد استقبال قرار گفت، اما به خاطر اين كه چندان كاربردي نداشت پس از مدتي محبوبيت خود را از دست داد.

در سال 1244 هجري شمسي يعني 48 سال پس از اختراع اسب سرگرمي، دوچرخه با ظاهري جديد پديدار گشت. در اين مدل از دوچرخه، پدال به چرخ جلو افزوده شد. اين دستگاه تيزپا (velocipede) نام گرفت. از آنجا كه بدنه اين دوچرخه از جنس چوب و چرخ‌هايش فلزي بود، در عبور از خيابان‌هاي آن روزگار كه بيشتر سنگفرش‌شده بودند، فشار و ضربات زيادي را به دوچرخه‌سوار وارد مي‌ساخت. به همين دليل عنوان استخوان‌شكن به اين وسيله داده شد تا براي هميشه يادآور رنج كسي باشد كه از آن سواري مي‌گرفت. استقبال عمومي از اين دوچرخه نيز تنها به مدتي كوتاه محدود شد.

پنج سال بعد از استخوان‌شكن، نخستين دوچرخه تمام فلزي ساخته شد. البته در آن زمان صنعت متالوژي آنقدر پيشرفته نبود كه بتواند قطعات محكم و در عين حال ظريف را توليد نمايد. در اين دوچرخه هم پدال به چرخ جلو متصل بود، اما استفاده از چرخ‌هايي از جنس لاستيك و نيز پره‌هاي بلند در چرخ جلو، سبب كمتر شدن تكان‌هاي ناشي از راندن آن شده بود. سازندگان اين نوع دوچرخه دريافته بودند با بزرگ‌تر كردن چرخ‌ها، با يك بار ركاب زدن مي‌توان فاصله بيشتري پيمود و به همين دليل چرخ‌هاي جلويي بزرگ‌تر و بزرگ‌تر مي‌شدند. اين نوع دوچرخه تنها ميان مردان ثروتمند طرفداران زيادي داشت، زيرا قيمتش معادل حقوق شش ماه يك كارگر ساده بود. براي يك دهه اين دوچرخه با يك چرخ بزرگ محبوبيت گسترده‌اي ميان مردم داشت.

البته اين نوع دوچرخه خالي از مشكل هم نبود. از آنجا كه فرد دوچرخه سوار در نقطه‌اي بسيار بالا مي‌نشست، در صورت برخورد دوچرخه با يك سنگ و توقف آن، كل دوچرخه حول محور جلويي‌اش چرخيده و فرد با سر به زمين مي‌خورد.

بي‌شك زنان آن دوران با دامن‌هاي پر چين و بسيار بلند نمي‌توانستند از آن دوچرخه‌ها استفاده كنند. به همين دليل سه چرخه‌هايي با چرخ‌هاي بزرگ توليد شد. همچنين بسياري از پزشكان و افراد متشخص جامعه نيز به استفاده از اين نوع سه چرخه روي آوردند. جالب است بسياري از اختراعاتي كه بعدها روي خودروها قرار گرفت (مثل ترمز، ديفرانسيل و...) براي اولين بار روي اين نوع سه چرخه‌ها نصب شدند.مشكلاتي كه وجود چرخ‌هاي بزرگ در جلو به وجود مي‌آورد، مخترعان آن دوران را به فكر يافتن راه‌حلي براي ايمن‌تر ساختن آنها انداخت. يكي از اين راه‌ها قرار دادن چرخ كوچك‌تر در جلو براي كاهش مشكل سقوط فرد دوچرخه‌سوار در صورت برخورد با يك مانع بود. اين تغيير بظاهر ساده سبب ايمن‌تر شدن دوچرخه و كمك به حفظ تعادل فرد سوار بر آن شد. اما اين همه ماجرا نبود. پيشرفت‌ها در صنعت متالوژي مخترعان را به ايجاد اصلاحاتي بيشتر در ساختار دوچرخه‌هاي آن زمان سوق داد. صنعتگران مي‌توانستند زنجيرها و چرخ دنده‌هايي سبك‌تر توليد كنند. همين امر باعث روي آوردن مجدد آنها به شكل اوليه دوچرخه يعني استفاده از چرخ‌هايي هم اندازه شد، اما اين به معناي يك دور چرخش به ازاي يك دور ركاب زدن نبود. در واقع با افزوده شدن دنده‌هاي مختلف، توانايي تغيير دور چرخ‌ها نيز به فرد دوچرخه‌سوار داده مي‌شد. به اين شكل امكان بهره بردن از توانايي‌هاي دوچرخه‌ها با چرخ‌هاي بلند در كنار ايمني بالا به صورت يك جا فراهم شده بود، اما نسل بعدي دوچرخه، گامي فراتر از آنها برداشت. در سال 1267 خورشيدي يعني فقط 71 سال پس از اختراع نخستين دوچرخه، يك مخترع ايرلندي براي اولين بار نوعي تاير بادي را براي دوچرخه طراحي و توليد كرد. پس از آن بود كه به خاطر توليد اين نوع تاير، امنيت و سهولت دوچرخه‌سواري افزايش محسوسي يافت. افزون بر اين، قيمت تمام شده ساخت دوچرخه نيز پايين آمده و امكان استفاده از آن براي همه فراهم گرديد. به اين صورت طبقه متوسط و حتي محروم جامعه نيز توانست از دوچرخه به عنوان وسيله‌اي براي رفت و آمد استفاده كند.

چند سال بعد از لاستيك‌هاي بادي، چند مخترع توانستند مدل‌هاي متفاوتي از دوچرخه برقي را به ثبت برساند، اما اين نوآوري‌ها تا توليد انبوه اين نوع دوچرخه فاصله زيادي داشت. در واقع تنها طي 20 سال اخير دوچرخه‌هاي برقي توانستند جايگاهي كوچك در بازار دوچرخه جهان را به خود اختصاص دهند. اين روزها و با توجه به هزينه بالاي سوخت، توجه مردم بيش از گذشته به اين نوع وسيله نقليه افزايش يافته است. به عنوان مثال آخرين آمارها نشانگر فروش يك و نيم ميليون دوچرخه برقي در ايالات متحده و اروپا در هر سال است. سازگاري با محيط زيست و مصرف بهينه انرژي يكي از دلايل اصلي محبوبيت اين نوع دوچرخه ميان مردم است.بيشتر دوچرخه‌هاي برقي داراي يك بدنه اصلي همانند دوچرخه‌هاي سنتي است. بعضي از انواع اين دوچرخه‌ها پدال دارد و برخي ندارد. يك موتور الكتريكي كوچك (با توان حداكثر 750 وات) و يك باتري قابل شارژ سبك نيز از ساير بخش‌هاي يك دوچرخه برقي است. پيشرفت‌هاي مختلف صورت گرفته در علوم مختلف سبب بروز نوآوري‌هاي بي‌شماري در طراحي دوچرخه‌هاي جديد شده است.

با وجود تغييرات زيادي كه در گذر زمان در اجزاي مختلف دوچرخه صورت گرفته، تاير دوچرخه همچنان شكل سنتي خود را حفظ كرده است، اما خوشبختانه پيشرفت‌هاي فناوري نانو اين بخش از دوچرخه را نيز بي‌بهره نگذاشته است.

يك مخترع بتازگي موفق به طراحي نوعي تاير براي دوچرخه شده كه نيازي به داشتن تيوب ندارد و هرگز پنچر نمي‌شود. اين تاير كه در ساخت آن از نانولوله بهره‌گيري شده استحكامي بسيار بيشتر از تايرهاي معمولي دوچرخه داشته و البته بسيار سبك تر از مدل‌هاي سنتي رايج است. در اين تاير يك لايه لاستيكي روي مجموعه‌اي از نانولوله‌هاي كربني كشيده مي‌شود. سازندگان اين نوع تاير ادعا مي‌كنند اين محصول همچنين مي‌تواند تنش وارد شده به بدنه دوچرخه هنگام حركت در سطوح ناهموار را به ميزان قابل توجهي كاهش دهد. اين نوع تاير در حال حاضر به شكل آزمايشي توليد شده و اميد است در آينده‌اي نزديك به توليد انبوه برسد.اين تاير يكي از دستاوردهاي پروژه‌اي به نام ERW است كه هدف آن ايجاد تغييرات بنيادين در فرآيند ساخت تاير وسايل نقليه به منظور افزايش كارايي اين وسايل و در نتيجه مصرف كمتر سوخت‌هاي فسيلي است.