O ciclismo de estrada fez parte do programa da primeira edição dos Jogos Olímpicos, em Atenas, em 1896. O esporte distribui quatro medalhas nos Jogos Olímpicos, nas provas de resistência e contra o relógio, tanto no masculino como no feminino. Esta é a modalidade olímpica com mais atletas. Ao todo, são 211 atletas na modalidade - 144 homens e 67 mulheres.

A prova de resistência é disputada por todos os atletas e dura mais de cinco horas, no masculino, e quatro, no feminino. Apesar de todos os atletas classificados disputarem a prova de resistência, somente 65 (40 homens e 25 mulheres) correm contra o relógio.

Nos Jogos Olímpicos do Rio, as disputas da modalidade acontecem nos dias 5, 6 e 10 de agosto. A largada da prova de estrada será no Forte de Copacabana e os ciclistas percorrerão 165 quilômetros, passando pelos bairros de Ipanema, Leblon, São Conrado, Barra, Recreio, Guaratiba, Alto da Boa Vista, Floresta da Tijuca, Horto, Jardim Botânico e Gávea. Nestas áreas o público poderá ver os ciclistas de perto, até que eles voltem para o Forte de Copacabana. Ali ocorrerá o sprint final, a reta de chegada que definirá o vencedor do ciclismo de estrada. Vence aquele que cruzar a linha de chegada primeiro.

Na prova de contrarrelógio, que terá largada no Pontal, o sistema é um pouco diverso. Os ciclistas não correm em peletões: eles largam individualmente, a cada 90 segundos, justamente para que o competidor faça todo o percurso sozinho, sem poder pegar o vácuo de outra bicicleta e enfrentando o vento de frente.

Nas provas de estrada, as bicicletas precisam ser leves, resistentes e confortáveis, já que os ciclistas passam muitas horas pedalando. Já no contrarrelógio, o que conta é a aerodinâmica. O guidão é propositalmente baixo, o que permite ao ciclista uma boa economia de energia, além de uma aerodinâmica mais favorável.

Os uniformes dos ciclistas devem ser feitos de material que absorva o suor e permita que a pele respire. Os shorts de lycra facilitam a circulação e evitam o atrito com o selim, enquanto pedais de encaixe permitem fixar o pé, oferecendo mais estabilidade e controle.

A ciclista Jeannie Longo-Ciprelli é a maior medalhista na modalidade, com quatro medalhas. Entre os homens, o dinamarquês Henry Hansen tem duas medalhas de ouro e uma de bronze pela modalidade.

As competições internacionais oficiais são regidas pela União Ciclística Internacional (UCI). No Brasil, a responsável é a Confederação Brasileira de Ciclismo (CBC).