Le cyclisme regroupe plusieurs sports différents, qui plus est sont représentés aux Jeux Olympiques. Certains sports de vélo à priori peu médiatisés réussissent à faire leur apparition tous les quatre ans devant le monde entier, preuve que ces disciplines ont de plus en plus de succès.
Le Mountain Bike se pratique sur des chemins de type montagneux, c’est-à-dire des chemins rocailleux, escarpés avec des descentes abruptes et des montées tout aussi délicates. Sa renommée mondiale soudaine lui a permis d’intégrer les Jeux Olympiques pour la première fois en 1996 à Atlanta. De nombreuses disciplines de Mountain Bike existent mais les Jeux n’intègrent que le cross-country. Elle concerne justement la pratique du VTT sur tous les terrains mais plus particulièrement sur plaine, basse-montagne voir moyenne-montagne. Les circuits sont courts mais très intenses du fait du relief difficile. Un nombre déterminé de tours doit être réalisé le plus vite possible par les participants. A Atlanta, le premier médaillé olympique fut le hollandais Bart Bretjens. Le français Miguel Martinez, décoré du bronze en 1996 sera champion olympique quatre ans plus tard à Sydney. Vint alors le règne d’un autre tricolore, Julien Absalon, double champion olympique à Athènes en 2004 et à Pékin en 2008. Son dauphin n’est autre que Jean-Christophe Peraud, un champion français de plus dans la discipline. Chez les femmes, la première championne olympique fut l’italienne Paola Pezzo, récidiviste en 2000 à Sydney. Lui ont ensuite succédé la norvégienne Gunn-Rita Dahle Flesja en 2004, puis l’allemande Sabine Spitz en 2008.
Le BMX comme le Mountain Bike est un sport spectaculaire à la renommée récente. Encore plus jeune au niveau olympique, cette discipline n’est apparue qu’en 2008 à Pékin. Huit candidats au départ parcourent une piste en terre battue de 350 à 400 mètres parsemée d’obstacles (des bosses, de dix à trente mètres) que l’on saute sur un vélo de bicross, ainsi que des virages (trois à six par piste). Ce sport acrobatique demande donc vitesse, vélocité, puissance, explosivité mais aussi endurance. Comme pour le Moutain Bike, le BMX consacre le participant le plus rapide, celui qui franchit la ligne d’arrivée en premier. A noter qu’aux Jeux, un contre-la-montre est organisé pour définir les séries. Le premier et seul champion pour l’heure est Maris Strombergs, l’autrichien médaillé d’or à Pékin, suivi de deux américains (Mike Day et Donny Robinson). Chez les femmes, on trouve deux françaises championne et vice-championne olympique : Anne-Caroline Chausson et Lætitia Le Corguillé. Si les français excellent en Mountain Bike aux JO, les françaises se rattrapent donc au BMX.
Le cyclisme sur piste est représenté aux JO avec plusieurs épreuves. Le keirin, épreuve originaire du Japon se coure sur une longueur de 2 km. Un lièvre (moto, tandem, derny) reste devant les coureurs puis s’écarte à 600 ou 700 mètres de la fin pour laisser place à un sprint. L’épreuve de vitesse individuelle, apparue en 2000 à Sydney oppose deux coureurs qui partent arrêtés côte-à-côte sur deux ou trois tours selon la longueur de la piste. En vitesse par équipes, deux équipes de trois coureurs (deux pour les femmes) s’affrontent sur trois tours de piste. Il s’agit d’un relai de vitesse. La poursuite par équipes est également un relai de vitesse réalisé par des équipes de quatre coureurs qui doivent rattraper leurs adversaires. Enfin, l’épreuve d’Omnium, introduite en 2012, comprend six sous-épreuves (tour lancé, course aux points, course à l’élimination, poursuite individuelle, scratch, contre-la-montre). Le français Bryan Coquard a été médaillé d’argent dans cette discipline à Londres. On compte d’autres champions tricolores de cyclisme sur piste avec en premier lieu, Grégory Baugé, médaillé d’argent de la vitesse par équipes à Pékin et à Londres et également médaillé d’argent à la vitesse individuelle. Chez les femmes, Félicia Ballanger a été médaillée notamment en vitesse en 1996 et 2000. Notons par ailleurs que les épreuves de cyclisme sur piste pour les femmes ne sont vieilles au maximum que de vingt ans, alors que les épreuves masculines sont bien plus anciennes.
Enfin, le cyclisme sur route est globalement un sport d’endurance. Discipline olympique depuis les premiers jeux modernes en 1856, il n’était cependant réservé qu’aux amateurs et ce jusqu’en 1996 à Atlanta. L’aura de cette discipline aux JO est donc moindre, alors que ce sport est professionnel depuis très longtemps et donne lieu à des courses de prestige, très médiatiques en dehors des Jeux (comme le Tour de France). La course en ligne est longue d’environ 250 km pour les hommes, mais plus courte pour les femmes (126 km à Pékin, 140 km à Londres). Depuis 1996, il a été introduit une épreuve de course contre-la-montre. A Londres, de grands noms du cyclisme ont été associés aux médailles d’or de la course en ligne et du contre-la-montre, avec pour vainqueurs respectifs Alexandre Vinokourov et Bradley Wiggins, le britannique vainqueur du Tour de France 2012.