Ammattilaispyöräilyn lisäksi amatöörit voivat kisata pyöräilyn eri lajeissa vuosittaisissa maailmanmestaruuskisoissa sekä joka neljäs vuosi olympialaisissa ja paraolympialaisissa.
Olympialaiset
Nykyaikaiset olympialaiset on järjestetty vuodesta 1896 Ateenan kisoista saakka. Jo noissa ensimmäisissä moderneissa olympialaisissa kilpailtiin pyöräilyssä. Tuolloin osallistujien määrä oli kuitenkin varsin vähäinen, 19 osallistujaa viidestä maasta. Kaikki olivat tuolloin tietenkin miehiä, jotka osallistuivat kuuteen erilaiseen kisaan. Kilpailtavat lajit löytyivät ratapyöräilystä ja maantiepyöräilystä. Vuosien kuluessa eri kilpailulajien määrä olympialaisissa on lisääntynyt. Maantiepyöräilyssä kilpaillaan lukuisilla eri matkoilla, ratapyöräilyssä kilpaillaan monessa eri kategoriassa, kuten vaikkapa mystisesti nimetyissä keirin- ja omnium -kisoissa, jotka on kehitetty Japanissa, sekä lähestyttävämmin nimetyissä sprintissä ja joukkuetakaa-ajossa. Vuoden 1984 Los Angelesin olympialaisi
ssa naistenkin oli jo mahdollista kisata maantiepyöräilyssä, ja seuraavissa olympialaisissa he pystyivät jo kilpailemaan ratapyöräilyssäkin. Vuoden 1996 Atlantan olympialaisissa kilpailtiin ensi kertaa sekä miesten että naisten kategorioissa maastopyöräilyssä, kun taas BMX -pyöräilystä tehtiin kilpailtava olympialaji vuonna 2008 sekä naisten että miesten kategorioissa. Rio de Janeiron kesän 2016 olympialaisissa sekä kilpailtavien lajien että kilpailijoiden määrä sekä osallistuvien maiden määrä oli suorastaan räjähtänyt verrattuna sadan vuoden takaiseen vaatimattomaan alkuun amatööripyöräilyn historiassa.
Triathlon ja paralympialaiset
Pelkästään pyöräilyyn keskittyvien lajien lisäksi olympialaisissa on pyöräilty osana triathlon -kilpailua jo Sydneyn olympalaisista, eli vuodesta 2000 saakka. Paralympialaisissa pyöräilyssä on voinut kisata jo ensimmäisistä kilpailuista, eli vuodesta 1960 saakka.
