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最早的自由車賽為1868年在法國聖克勞德公園舉行，不僅是1896年雅典奧運的創始項目，也是現代奧運5個從未缺席的運動之一。首屆僅有公路賽與場地賽共6面金牌，如今則有公路賽、場地賽、登山賽、越野賽等4大項，共計18面金牌。

自由車雖是現代奧運的創始及固定比賽，但原本僅有男子項目，一直到1984年洛杉磯奧運才加入女子公路賽，1988年漢城奧運設置女子場地賽。倫敦奧運則打破自由車「陽盛陰衰」的傳統，男、女的比賽項目和金牌數首次完全相等，開啟「男女平等」的新紀元。

自由車過去陽盛陰衰的差別主要在場地賽，部分項目僅有男子組，以上屆北京奧運為例，場地賽男女金牌數為7比3。本屆則增設「個人全能賽」，整合部分項目，讓男、女場地賽金牌數變為5比5，總金牌數則同為9面。

新設的個人全能賽得要在兩天內完成單圈俯衝計時賽、20公里領先計分賽、落後淘汰賽、3公里個人追逐賽、10公里集體出發賽等6項比賽，考驗選手的體能。

歐洲國家以往在自由車占有絕對優勢，以2000年雪梨奧運為例，18面金牌只有2面旁落非歐洲國家。直到2004年雅典奧運，澳洲一口氣摘下6面金牌，才打破歐洲的壟斷地位。不過上屆澳洲僅獲1銀，英國的8金4銀2銅最為風光。

倫奧自由車賽將在5個場地進行，7月28日先由公路賽登場，8月2至7日在Velodrome（單車館）進行場地賽，8至10日在奧林匹克公園進行越野賽，最後由11、12日在Hadleigh Farm（哈德雷農場）的登山賽壓軸。