自行车其实并不是“自行”的，它是由人力驱动机械运转的交通工具，它也是第一种让普通大众自己控制方向和速度的家用交通工具。自行车比马匹便宜，其速度在19世纪晚期几乎与火车相同，由于它替代步行便显出的快捷性，因此，自行车的发明成了社会变革的有力工具。
自行车的早期研究工业革命后交通工具的革命，主要集中在解决机械动能的问题，并依赖于消耗能源。自行车的发明，为普通大众提供了一种步行之外而又不消耗能源的便捷出行工具。
一般人步行的速度通常是每小时3—5公里，骑马或乘坐马车的速度大约每小时13公里，19世纪中晚期火车的平均速度是每小时30公里左右。但是，昂贵的马车和必须依靠路轨的火车，无法为日常小道上的短途出行提供快捷灵便的帮助。
1842年，苏格兰铁匠柯克帕特里克·麦克米伦发明了第一辆脚踏自行车。它有缝纫机踏板一样的固定踏板，骑车人可以双脚上下蹬动固定踏板，踏板由一套复杂的杆、钉子和齿轮连在后轮上以驱动车身。但那些木制部件过于脆弱，经不起颠簸就断裂了。
1842年，苏格兰的铁匠柯克帕特里克·麦克米伦，弄出了一辆破旧的“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。他因此被警察抓住处以罚款，其罪名是“野蛮骑车”
1861年，法国人皮埃尔·米肖发明了脚踏两轮车，它是首辆获得国际社会广泛欢迎的自行车。
这是第一辆把踏板与车轮的前轮直接连接起来的自行车，它的前轮比后轮大得多。但是，人们不知道怎样在双脚离地的情况下骑自行车，因而总是撞车摔跤。
自行车的定型设计1870年，英国人詹姆斯·斯塔利将脚踏两轮车的前轮改进得更大一些，以便提供更多动力，制造出了著名的“平凡者”自行车。这辆车有一只125厘米以上高的超大前轮和一只极小的后轮，并且首创使用了钢丝轮轴和前轮减震器，它的平均速度超过了每小时30公里，与当时的火车几乎一样。
不过，由于“平凡者”自行车超大的前轮，上下车极为不便，骑车人常常因此摔倒在地。
1870年，英国人詹姆斯·斯塔利设计出大小轮自行车，这种自行车后轮直径只有30厘米，而前轮直径达125厘米以上，脚踏直接安装在前轮上，以前轮驱动，速度非常快。骑这种车就像骑马一样高高在上，很是威风。但是这种车在下坡加速时十分危险，极易摔倒。1881年，法国标致公司批量生产这种“大自行车”，并举办自行车比赛。图为1890—1891年“平凡者”自行车选手在等待阿克伦自行车比赛开始。
1885年，詹姆斯·斯塔利的侄子约翰·斯塔利对“平凡者”进行了最后的改进，制成了一辆可操作性较强的自行车。他成功解决了自行车设计中的四大关键问题。
首先，他把自行车的双轮恢复成相同的尺寸，并给它们装上结实的橡胶轮胎。其次，他为自行车制造了今天仍在使用的菱形四面车架。再次，他把动力系统转移到后轮，使前轮专门用于控制方向。最后，为了驱动后轮，斯塔利发明了自行车链条，把脚踏板和后轮连接起来。
1888年，苏格兰兽医约翰·邓洛普发明了自行车充气轮胎，它在1900年成为所有自行车的标准配件。复式齿轮1908年首次应用于自行车。20世纪20年代，制动块的诞生使刹车更快更稳。这一切都是在约翰·斯塔利最初的自行车设计样式上的完善和进步。
自行车的普及，加速了中上层社会妇女的解放运动。骑自行车的妇女们必须脱下紧身胸衣、紧身内衣和层层褶裙，换上更简便的服饰，这样女性参与社会工作更普遍了。同时，自行车设计为汽车制造积累了经验，不少19世纪八九十年代的自行车制造商，在20世纪之交成了早期的汽车制造商，比如法国的标致，英国的亨伯、莫里斯和罗孚。