האופניים פותחו במאה ה-19 הדגם הראשון המתועד של אופניים הוצג לציבור בפריז על ידי הגרמני הברון קארל פון דרייס, בשנת 1818. מתקן דו-גלגלי דמוי סוס עץ . בשנת 1839 תרם הנפח הסקוטי קירקפטריק מקמילן לשכלול האופניים. בסוף שנות ה-60 של המאה ה-19 פנו הצרפתים ארנסט מישו ופייר ללמן לכיוון חדש בעיצובם של אופני ה-Boneshaker (מטלטל העצמות) אשר היו האופניים הראשונים שהכילו דוושות. דגם אופניים זה היה עשוי כולו מעץ, ובהמשך הכיל צמיגי מתכת. הכינוי "מטלטל עצמות" התייחס לכך שהנסיעה בכלי התחבורה הייתה מאוד לא נוחה.

במהלך 1870 הממציא האנגלי ג'יימס סטארלי (James Starley) החל לייצר את דגם האופניים "אופני פני-פרת'ינג", אשר התבסס במידה רבה על דגם ה-boneshaker הצרפתי. דגם האופניים החדשני של סטארלי הכיל גלגל קדמי גדול במיוחד (בקוטר של מקסימום 1.5 מטרים), אשר אפשר לרוכב לנסוע במהירויות גבוהות יותר מאופני ה-boneshaker. אופניים אלה היו קשים לרכיבה, המיקום הגבוה של המושב יצר חלוקת משקל גרועה, וסיכן את הרוכב בנפילה מגובה רב. אופני הפני-פרת'ינג זכו להצלחה רבה עד לשנות ה-90 של המאה ה-19 כאשר סוג האופניים הדומיננטי החל להיות אופני הבטיחות אשר הכילו שני גלגלים שווים ושרשרת הנעה.

 סטרלי, לאוסון ושרגולד פיתחו את ההנעה באמצעות שרשרת. בזכות המושב הנמוך וחלוקת המשקל המשופרת, האופניים מדגם רובר של סטרלי, משנת 1885, מתוארים בדרך כלל כאופניים המודרניים הראשונים. זמן קצר אחר כך פותחה השלדה המשולשת הכפולה המוכרת עד היום באופניים.

העיצובים החדשים תרמו לנוחות הנסיעה ולהרחבת השימוש באופניים עד כי שנות התשעים של המאה ה-19 כונו "עידן הזהב של האופניים". בשנת 1888 הסקוטי, ג'ון בויד דאנלופ הציג לראשונה את הצמיג המנופח באוויר ואשר הפך חיש מהר לצמיג המקובל בעולם. זמן קצר אחר כך פותח מנגנון הגלגל החופשי, המאפשר לגלגל להסתובב בעוד הדוושות נחות, פיתוח זה תרם רבות לבטיחות הנסיעה. פיתוח זה הוביל מצידו אף לפיתוחים נוספים, כגון הילוכי דריילר (המכילים גלגלי שיניים במספר גדלים) וכן לפיתוח מעצורים המופעלים בידית. פיתוחים אלה אומצו רק בהדרגה ולאורך השנים, על ידי רוכבי האופניים.