蒸気機関と自転車が発明された19世紀の科学者たちは、この2つの技術を組み合わせることで、公道での輸送を大幅に改善できることにすぐに気づきました。 ピエール・ミショーの息子アーネストは、パリの工場で、初期の自転車「ボーンシェイカー」に小型蒸気エンジンを組み合わせて、最初のモーターサイクルを製作した。 この製品がきっかけとなって、他にも様々なタイプの蒸気機関を使って同様のことを行った発明家がいました（シルベスター・H・ローパーは1868年に石炭燃焼炉を使用、ルイ・ギヨーム・ペローは1871年にアルコール燃焼室を使用、ルシアス・コープランドは1881年にイギリスの「ファージング・ペニー」と呼ばれる高輪自転車に蒸気機関を取り付けました）。
モーターサイクル技術の真の革命は、1885年に2人のドイツ人発明家ゴットリーブ・ダイムラーとヴィルヘルム・マイバッハが、ガソリン内燃機関を搭載した初のモーターサイクルの製造に成功したときに起こりました。 ダイムラー・ライトワーゲン」と呼ばれたこのマシンは、今日、私たちが知っている近代的なモーターサイクルの最初の例として知られている。 このマシンが登場して以来、多くの発明家や技術者が、エンジン付きの自転車を独自に開発するようになりました。
「ダイムラー・ライトヴァーゲン」の登場から10年後、ドイツのメーカー「ヒルデブランド」&「ウォルフミューラー」が最初のオートバイ量産工場を立ち上げました。 しかし、安全性の向上と需要の増加により、20世紀初頭にはモーターサイクルは大きく発展しました。
第二次世界大戦後は、コストの削減、技術の向上、道路網の整備などにより、世界中でモーターサイクルが広く普及しました。
第二次世界大戦後、コストの削減、技術の向上、道路網の整備により、モーターサイクルは世界中で広く普及しました。アジアでは（特に大都市で）主要な交通手段となり、アメリカの「モーターバイククラブ」運動（50年代、60年代の映画での描写と相まって）は世界中の人々の想像力をかきたてました。 1960年代に入ると、アメリカやイギリスのメーカーの優位性が薄れ始め、スズキ、カワサキ、ヤマハといった日本のブランドが台頭してきた。
史上最も人気のあるモーターサイクルモデルの1つである「ホンダ・スーパーカブ」は、6,000万台以上が販売されました。
今日、モーターサイクルは、公道を走る最も手頃な交通手段の一つとなっています。
現在、二輪車は公道を走る最も手頃な交通手段のひとつです。 インド（3,700万台）、中国（3,400万台）を筆頭に、世界の主要国で使用されています。