В 1817 году немецкий профессор барон Карл фон Дрез (1785–1851) из Карлсруэ создал первый двухколёсный самокат, который он назвал «машиной для бега». Карл Дрез был лесничим в Баварии, и натолкнули его на мысль об изобретении нового средства передвижения обстоятельства. После 1812 года в течение нескольких лет в Европе последовала череда неурожаев. Овёс для лошадей стал дорогим, и тогда Дрез придумал простое двухколёсное приспособление с рулём и сидением, которое позволяло человеку передвигаться быстрее.
Первая поездка на новом средстве передвижения была предпринята Дрезом в 1817 году. Расстояние от Мангейма до Рейнау (около 7 км) он преодолел менее чем за 1 час, передвигаясь со скоростью около 9 миль в час – в то время как конная почта преодолевала этот путь за 4 часа. Однажды десятилетний наследник владельца тех мест маркграфа увидел велосипед и пришел в восторг. Ребенку очень понравилась игрушка, и мальчик упросил отца наградить изобретателя. Карлу Дрезу выдали маленькую премию и ежемесячную зарплату. В 1818 году Дрез получил за свое изобретение почетное звание профессора механики и привилегию великого герцога Баденского (аналог современного патента). Позднее он получил также патент в Пруссии и во Франции.
Изобретение барона Дреза выглядело как двухколесный самокат. Чтобы привести его в движение, человеку, сидящему на нем верхом, приходилось отталкиваться от земли ногами. Устройство было снабжено рулем и до полноценного велосипеда ему не хватало лишь педалей. Это изобретение в честь своего создателя, получило название «дрезина» и было запатентовано им в 1818 году. В настоящее время подобная конструкция получила название «беговел». Впоследствии Дрез решил поставить свой первый велосипед на железнодорожные рельсы, что и удалось. Дрезина навеки обессмертила его имя.
Через некоторое время изобретение стало популярным в Великобритании, где его прозвали «денди-хорз» («лошадь для денди»). Высший свет оценил новый способ передвижения. Начались негласные соревнования – кто с большим изяществом и грацией отталкивается ногами от земли. Такая была мода среди денди. Через некоторое время «дрезин» стало столько, что власти некоторых городов начали вводить запреты и штрафы, чтобы обладатели этих машин не мешали пешеходам ходить по тротуарам.
В 1862 году французский мастер по изготовлению детских колясок Пьер Лалман придумал оснастить «денди-хорз» педалями на переднем колесе.
Педали к велосипеду Карла фон Дреза добавил в 1839 году шотландский кузнец Киркпатрик Макмиллан. Велосипед Макмиллана был максимально похож на современный, хотя и остался малоизвестным. Педали этого велосипеда крутили заднее колесо, передавая движение через шатуны, переднее колесо управлялось рулем, и велосипедист сидел между задним и передним колесом. Надувные шины были придуманы английским изобретателем Томпсоном в 1845 году, правда его технология оказалась несовершенной.
С 1870 годов стала популярна конструкция «пенни-фартинг», суть названия в том, что монета пенни намного больше фартинга, соответственно и переднее колесо таких велосипедов было больше заднего. Такие велосипеды также вошли в историю под названием «пауки». Увеличением диаметра колеса конструкторы хотели добиться большей скорости велосипеда, так как чем больше диаметр колеса, тем большее перемещение можно совершить за один оборот педалей. На «пауках» можно было ездить довольно быстро – со скоростью около 30 км/ч, но езда была небезопасной. Небольшая кочка могла стать причиной падения, а падать с велосипеда было довольно высоко.
Популяризации велосипедов способствовало изобретение надувных шин из каучука, сделанное шотландцем Джоном Бойдом Данлопом в 1888 году. Эти шины были более совершенны, чем изобретенные в 1845 году и получили широкое распространение. В 1898 изобрели ручные и педальные тормоза, а также механизм свободного хода, который позволил не вращать педали, когда велосипед катиться сам.
К концу XIX века велосипеды стали очень популярны, число велосипедистов во всём мире превысило миллион, стали проводиться регулярные соревнования по велосипедному спорту, велосипедами стали оснащать почтальонов и армию. В XX веке велосипеды не прекратили своего развития, их начали оснащать устройствами переключения скоростей, облегчать конструкцию за счет применения более совершенных или экзотичных материалов (например, велосипед с рамой из бамбука).
В 2005 году по итогам опроса общественного мнения в Великобритании велосипед был признан величайшим изобретением XIX века. Изобретение велосипеда стоит в одном ряду с изобретением автомобиля.