Первый известный моторный двухколёсный экипаж — велосипед с паровой машиной — построен в 1869 г. Во Франции. Тяжёлый кованый остов и двигатель всего в четверть лошадиной силы с громоздким котлом сделали машину малопригодной для езды.
Паровые мотоциклы, созданные изобретателями-одиночками XIX столетия, остались единичными экспериментами.
Первый мотоцикл с двигателем внутреннего сгорания ((мотоцикл Даймлера)) был построен в Германии немецкими инженерами Даймлером и Майбахом в 1885 году. Бензиновый карбюраторный двигатель имел мощность 1,5 л. с. и был установлен на деревянной раме с деревянными колёсами. На первых испытаниях мотоцикл развил 12 км/ч. В этом же году он был запатентован Даймлером как «машина для верховой езды с керосиновым двигателем». Таким образом, мотоцикл в современном понимании появился на год раньше первого бензинового автомобиля.
В 1894 году открылось первое серийное производство мотоциклов. Машина «Хильдебранди Вольфмюллер» напоминала велосипед с дамской рамой и была ещё очень несовершенна. Сделано было порядка 2000 штук за три года существования марки.
В первые годы XX века мотоцикл приобрёл популярность благодаря дешевизне и спортивному духу. Основаны старейшие из известных в мире европейских и американских марок: 1899 — Matchless (Англия); 1901 — Royal Enfield (Англия), FN (Бельгия); 1902 — Triumph (Англия) и Indian(США); 1903 — Harley-Davidson (США), Husqvarna(Швеция); 1908 — NSU (Германия); 1910 — BSA (Англия); 1911 — Benelli (Италия).
Типичный мотоцикл 1900-х- середины 20-х годов представлял собой раму велосипедного типа с низко установленным в переднем треугольнике тихоходным тяжёлым двигателем, часто с непосредственным ремённым приводом на колесо. В 20-х активизировались итальянские и немецкие фирмы, мотогонки стали массовым и зрелищным спортом, ускорив развитие компоновки и технологии.
К середине 30-х компоновка мотоцикла приблизилась к современной: алюминиевый двигатель в блоке с коробкой передач, рама повышенной жёсткости на кручение, мягкая подвеска, полное электрооборудование, колёса 16-19 дюймов, привод цепью или карданом, каплеобразный бензобак. 40-50 годы характерны усилением разделения дорожных машин на респектабельные и недорогие утилитарные, развитым капотированием мотоцикла и появлением мотороллера — полностью капотированной машины с передним ветровым щитом, поликом и«табуреточной» посадкой, как правило — на 10-дюймовых колёсах. Всеобщая автомобилизация США в итоге привела к тому, что к 1953 г. в стране остался единственный значимый производитель мототехники — Harley-Davidson.
В начале 60-х на мировой рынок выходят японские производители — Honda, Yamaha, Suzuki, Kawasaki, за 15 лет прошедшие путь от гаражной сборки мотовелосипедов до создания массовых ультрасовременных байков. В 60-70-е рост удельной мощности, популярность гонок и подогревание японскими фирмами спроса на мощные динамичные машины приводит к формированию спортивного, агрессивного стиля в конструировании и дизайне. В развитых странах мотоцикл постепенно перестаёт играть роль утилитарного транспорта, оставаясь рекреационным средством. В противовес скоростным появляется класс машин типа чопперов — тяжёлых, солидных и экстравагантных.
В США к концу 60-х, а в СССР — к середине 70-х сложная общественная ситуация и развитие молодёжных субкультур приводят к формированию характерного образа бунтаря, и в частности — к негативному восприятию мотоциклиста как человека, в глазах обывателя способного поставить личную свободу и интересы узкого сообщества выше закона. Оба государства с помощью полицейских мер и пиара пытались бороться с имевшимися правонарушениями со стороны банд байкеров путём давления на сообществомотоциклистов вообще, включая и обычных законопослушных пользователей. Со спадом агрессии в обществе и некоторым подъёмом экономики подобные настроения ушли, но появление байкерских outlaw-«банд» (в том числе и в СССР в конце 80-х) осталось ярким фактом истории мотоцикла, повлиявшим на развитие мотоциклетного движения в мире.
В 80-е под влиянием неслабеющей популярности мотоспорта входят в моду обтекатели рубленой формы, с ростом скоростей широко применяются лёгкие сверхжёсткие пространственные рамы и дисковые тормоза. От кроссовых мотоциклов отпочковываются потребительские «эндуро», появляются трицыклы и квадроциклы, а мотороллер 50-х возрождается в виде современного «скутера» с пластиковой облицовкой, литыми колёсами и двигателем уменьшенной кубатуры при сохранении мощности. Среди «просто мотоциклов» происходит всё большая дифференциация — выделяются «заряженные» стритфайтеры, приближённые к гоночным спортбайки, комфортные массивные и не требующие идеальных дорог туреры, неоклассики — вариации на тему поздних 60-х, от крузеров отпочковываются вычурные чопперы, на базе серийных моделей всех видов вручную изготовляются ещё более причудливые кастомы.
1990-е — начало 2000-х годов характерны ростом технологического совершенства машин ведущих марок, обусловленным повсеместным внедрением компьютеров в проектирование, материаловедение и дизайнерскую работу. С другой стороны, бурный рост экономик стран Юго-восточной Азии и Китаяпочти полностью вытеснил именитые фирмы с рынка дешёвой утилитарной мототехники и полностью удовлетворяет высочайший спрос на лёгкие мотоциклы в развивающихся странах. Теряющие силу европейские производители традиционных марок исчезают либо поглощаются более крупными; мотопромышленностьбывшего Союза, на рубеже 80-х достигшая второго места в мире по количественному выпуску, но представленная архаичными моделями, практически прекращает существование.
В 2010-е в Европе и США растёт количество мелкосерийных эксклюзивных производств, иногда использующих знаменитые в прошлом марки. Яркой чертой новейшего времени явилось появление массового электромотоцикла всех классов — благодаря доведению до потребительского рынка технологий литий-ионныхаккумуляторов, мощных бесконтактных электродвигателей и правомерной моде на экологические идеи. Массовые электроциклыособо малых классов широко выпускаются в Китае. В то же время на азиатских и латиноамериканских конвейерах по-прежнему стоят модели с ДВС, ведущие родословную из ранних 60-х и страдающие нестабильным качеством изготовления. Отвёрточная сборка таких же машин из азиатских комплектующих на единичных небольших предприятиях становится практически единственным проявлением мотопромышленностив России.