Przy wynalezieniu silników parowych i rowerów, XIX-wieczni naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że połączenie tych dwóch technologii może znacznie poprawić transport na drogach publicznych.
Pierwsza fala zmotoryzowanych rowerów zaczęła pojawiać się zaledwie kilka lat po premierze słynnego roweru na pedały Pierre’a Michaux i trwała do połowy lat 80-tych XIX wieku. Syn Pierre’a Michaux, Ernest, wyprodukował pierwszy motocykl w swojej paryskiej fabryce, łącząc mały silnik parowy z jednym z wczesnych projektów rowerów typu „boneshaker”. Ten produkt zapoczątkował produkcję wielu innych modeli, a kilku innych wynalazców dokonało podobnego wyczynu, używając różnych typów silników parowych (Sylvester H. Roper użył pieca węglowego w 1868 r., Louis-Guillaume Perreaux użył komory palnika alkoholowego w 1871 r., Lucius Copeland dołączył silnik parowy do angielskiego roweru „farthing-penny” z wysokim kołem w 1881 r.).
Prawdziwa rewolucja w technologii motocyklowej nastąpiła w 1885 roku, kiedy to dwóm niemieckim wynalazcom Gottliebowi Daimlerowi i Wilhelmowi Maybachowi udało się wyprodukować pierwszy motocykl z benzynowym silnikiem spalinowym. Ta maszyna zwana „Daimler Reitwagen” (jeżdżący wóz) jest dziś znana jako pierwszy przykład nowoczesnego motocykla, który znamy i używamy dzisiaj. Od momentu jej pojawienia się, wielu innych wynalazców i inżynierów zaczęło tworzyć własne wersje roweru wyposażonego w silnik.
Dziesięć lat po premierze „daimler reitwagen”, niemiecki producent Hildebrand & Wolfmüller” uruchomił pierwszą fabrykę masowej produkcji motocykli. Ich początkowy biznes nie zdołał utrzymać się zbyt długo, ale nowe funkcje bezpieczeństwa i wzrost popularnego popytu spowodowały wielki rozwój motocykli w pierwszych latach XX wieku. Kilka dużych firm produkcyjnych zaczęło tworzyć własne projekty motocykli, przede wszystkim angielski Royal Enfield, Triumph, amerykański Harley-Davidson, Indian Motorcycle Manufacturing Company i DKW (który był rekordzistą pod względem największej fabryki motocykli przed II wojną światową).
Po II wojnie światowej, niższe koszty, zwiększone ulepszenia inżynieryjne i lepsze sieci dróg ubezpieczyły powszechny sukces motocykli na całym świecie. Motocykle stały się jednym z podstawowych źródeł transportu w Azji (zwłaszcza w dużych miastach), a amerykański ruch „klubów motocyklowych” (w połączeniu z ich portretami w filmach z lat 50. i 60.) rozpalił wyobraźnię całej światowej populacji. W latach 60-tych dominacja amerykańskich i angielskich producentów zaczęła słabnąć wraz z pojawieniem się kilku japońskich marek – Suzuki, Kawasaki i Yamaha. Skupili oni swoją produkcję na mniejszych, tańszych i bardziej wydajnych konstrukcjach motocyklowych, co pomogło im zabezpieczyć większość światowego rynku.
Jednym z najpopularniejszych modeli motocykli wszech czasów jest „Honda Super Cub”, który został sprzedany w ponad 60 milionach egzemplarzy. Ich dominacja trwała do lat 90-tych, kiedy to kilku amerykańskim i europejskim producentom udało się odzyskać dużą część światowego rynku (obecnie najpopularniejsze zachodnie marki obejmują takie nazwy, jak BMW, Ducati, Victory i Harley-Davidson).
Współcześnie motocykle stanowią jedną z najbardziej przystępnych form transportu zmotoryzowanego na drogach publicznych. Codziennie na całym świecie użytkowanych jest ponad 200 milionów motocykli (razem z ponad 590 milionami samochodów). Wiodącymi krajami o największym wykorzystaniu motocykli są Indie (37 mln motocykli/motorów) i Chiny (34 mln motocykli/motorów).