アテネ大会における自転車競技は、男女合わせて18種目が実施される。日本が出場権を獲得した種目と代表選手は、1kmタイムトライアル・井上昌己選手（25）、男子スプリント・長塚智広選手(25)、ケイリン・伏見俊昭選手（28）、チームスプリント・井上選手、伏見選手、長塚選手、男子ポイントレース・飯島誠選手（33）、女子500mタイムトライアル・大菅小百合選手（23）、以上がトラックレース６種目。加えてロードレースでは、男子個人ロードレース・田代恭崇選手（30）、鈴木真理選手（29）、女子個人ロードレース沖美穂選手（30）、唐見実世子選手（29）、マウンテンバイクレースでは、男子クロスカントリー・竹谷賢二選手（34）、女子クロスカントリー・中込由香里選手（38）となっている。

アテネ大会自転車競技場トラックレース
（幅員7.2m、周長250m、最大斜度42度、木製）

• 1kmタイムトライアル：10000mを走り抜くタイムで競われる
• 男子スプリント：2名の競技者が対戦し、三周目に先にゴールした選手が勝者となる。
• ケイリン：6〜8名ずつの選手が、2000mを周回。モーター付き自転車の誘導があり、誘導スピードは2周半に達する頃は時速50kmに達し、誘導車は退避。
• チームスプリント：3名の選手が１組となり、第３走者がゴールしたタイムで勝敗を決する。
• ポイントレース：トラック競技における、中・長距離レース。10周毎に1〜4位で通過した選手は、それぞれ5、4、2、1点を獲得。また主集団に追い付いた選手に20点が与えられるのに対し、主集団に周回遅れとなると20点が差し引かれる。このポイントで勝敗を決める。
• 500mタイムトライアル：500mを走り抜くタイムで競われる。

ロードレース
男子は224.4km、女子は118.8kmの距離で、アテネ市内の中心部に設定されたコースを周回する。

マウンテンバイク
1周6.1kmの周回コースを用い、約2時間のレースが行われる。