De wielersport is een van de sporten die beoefend werden tijdens de Olympische Zomerspelen 2004 in Athene, Griekenland.
Bij het olympisch wielrennen wordt gestreden op de weg, de baan en het mountainbikeparcours. De wegwedstrijden vonden plaats in het historische deel van Athene. De wegtijdrit en de baandisciplines werden gehouden in het Vouliagmeni Olympische Centrum. De mountainbike crosscountry vond plaats op het Parnitha Olympische MTB Centrum.
Medailles Medaillewinnaars Baan 1000m tijdrit (m) Chris Hoy Arnaud Tournant Stefan Nimke individuele achtervolging (m) Bradley Wiggins Bradley McGee Sergi Escobar Keirin (m) Ryan Bayley José Escuredo Shane Kelly Puntenkoers (m) Michail Ignatiev Juan Llaneras Guido Fulst Olympische sprint (m) Ryan Bayley Theo Bos René Wolff Koppelkoers (m)Graeme BrownStuart O'GradyFranco MarvulliBruno RisiBradley WigginsRobert Hayles Ploegachtervolging (m) Graeme BrownBradley McGeeBrett LancasterLuke RobertsPeter DawsonStephen Wooldridge Steven CummingsRobert HaylesPaul ManningBradley WigginsChris NewtonBryan Steel Carlos CastañoSergi EscobarAsier MaeztuCarlos Torrent Team sprint (m) Jens FiedlerStefan NimkeRené Wolff Toshiaki FushimiMasaki InoueTomohiro Nagatsuka Mickaël BourgainLaurent GanéArnaud Tournant 500m tijdrit (v) Anna Meares Yonghua Jiang Natalia Tsylinskaja individuele achtervolging (v) Sarah Ulmer Katie Mactier Leontien Zijlaard van Moorsel Puntenkoers (v)Olga SljoesarjovaBelem GuerreroMaría Luisa Calle Olympische sprint (v) Lori-Ann Muenzer Tamilla Abassova Anna Meares
Mountainbike Mannen Julien Absalon José Antonio Hermida Bart Brentjens Vrouwen Gunn-Rita Dahle Flesjå Marie-Hélène Prémont Sabine Spitz
Weg Tijdrit (m) Vjatsjeslav Jekimov * Bobby Julich Michael Rogers Wegwedstrijd (m) Paolo Bettini Sérgio Paulinho Axel Merckx Tijdrit (v) Leontien Zijlaard van Moorsel Deirdre Demet-Barry Karin Thürig Wegwedstrijd (v)Sara Carrigan Judith Arndt Olga Sljoesarjova * De Amerikaan Tyler Hamilton Hamilton won in eerste instantie de tijdrit in een tijd van 57:31.74. In 2011 bekende hij dat hij destijds doping had gebruikt en hij leverde zijn gouden plak in."Wielrenner Hamilton levert gouden plak Athene in ", NU.nl, 7 juni 2011 Zijn gouden medaille ging een jaar later naar de Rus Vjatsjeslav Jekimov, het zilver naar de Amerikaan Bobby Julich en het brons naar de Australiër Michael Rogers."IOC strips Hamilton of Athens gold", olympic.org, 10 augustus 2012 Medaillespiegel rangland goud zilver bronstotaal 1 6 2 2 10 2 2 2 1 5 3 2 1 1 4 4 1 1 4 6 5 1 1 2 4 6 1 1 1 3 1 1 1 3 8 1 1 0 2 9 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 12 0 3 2 5 13 0 1 1 2 14 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 18 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 totaal 18 18 18 54