Cuộc đua xe đạp chính thức đầu tiên tổ chức tại Pháp năm 1869, trên quãng đường 120 km. Giải vô địch thế giới nam đầu tiên trên đường đua chuyên dùng tổ chức tại Chicago (1893), trên đường nhựa tại Copenhaghen (1921); của nữ (1958), việt dã (1950).
Đua xe đạp thể thao được đưa vào chương trình đại hội Olympic từ 1896. Hiệp hội đua Xe đạp Quốc tế (UIC) thành lập năm 1900, có 120 quốc gia thành viên (1985), gồm Liên đoàn Đua Xe đạp Nghiệp dư Quốc tế (FIAC) và Liên đoàn Đua Xe đạp Chuyên nghiệp Quốc tế (FICP).
Cuộc đua xe đạp xuyên Đông Dương lần thứ nhất (1936), với đường đua 4.000 kilômét, chia 25 chặng. Cuộc đua xuyên Việt (Thành phố Hồ Chí Minh - Hà Nội, 1985) dài 1.720 km. Giải vô địch quốc gia lần thứ nhất tổ chức ở Quảng Nam - Đà Nẵng (1986) với cự li 100 km đồng đội và 180 km cá nhân.
Xe đạp thể thao bao gồm các hoạt động thể chất có tính cạnh tranh với phương tiện là xe đạp. Có nhiều hình thức đua xe đạp như xe đạp đường trường, tính giờ, cyclo-cross, xe đạp địa hình, xe đạp lòng chảo, BMX.
Đua đường trường
Xe đạp đường trường, cả cá nhân và đồng đội, gồm nhiều hình thức đua khác nhau như đua một ngày, criterium (đua nhiều vòng quanh một lộ trình), tính giờ cá nhân cho tới các giải đấu nhiều chặng như Tour de France và các giải thuộc Grand Tour.
Các cuộc đua thường diễn ra từ mùa xuân tới mùa thu. Nhiều tay đua thuộc Bắc bán cầu vào mùa đông thường chuyển tới các nước như Úc để tập luyện. Các cuộc đua chuyên nghiệp có thể kéo dài ba tuần như các cuộc đua của "Grand Tour" (Tour de France, Giro d'Italia và Vuelta a España), nhiều ngày như Tour de Suisse và Tour of California, một ngày như De Ronde van Vlaanderen và Milan–San Remo. Criterium diễn ra tại các trường đua có quãng đường khoảng dưới một dặm và đôi khi diễn ra trong một khoảng thời gian cố định (60 phút, 90 phút, v.v.). Criterium là hình thức đua phổ biến ở Bắc Mỹ. Ngoài các cuộc đua mà tất cả các tay đua xuất phát cùng lúc, các nội dung tính giờ cá nhân và tính giờ đồng đội cũng được tổ chức làm một phần thi của giải đấu.
Đua xe đạp lòng chảo
Xe đạp lòng chảo bao gồm các cuộc đua diễn ra trên các làn chạy được đắp cao hoặc nhà thi đấu xe đạp lòng chảo. Các cuộc đua thường khá đa dạng với các nội dung như đuổi bắt cá nhân và đồng đội, nước rút hai người, hay các cuộc đua xuất phát tập thể và theo nhóm. Các vận động viên sử dụng xe đạp đua lòng chảo không có phanh hoặc líp.