Na XXVIII. Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2004 w Atenach w ramach dyscypliny kolarstwo rozegrano łącznie 18 konkurencji, 11 dla mężczyzn i 7 dla kobiet.
12 konkurencji torowych miało miejsce na ateńskim Olympic Velodrome, dwa wyścigi szosowe odbyły się w samym centrum Aten, a obydwie czasówki miały miejsce w Vouliagmeni Olympic Centre. Dwa wyścigi cross-country odbyły się w Parnitha Olympic Mountain Bike Venue.
Medaliści KonkurencjaZłotoSrebroBrąz Klasyfikacja kobiet 25px kolarstwo szosoweWyścig indywidualny ze startu wspólnego Sara Carrigan Judith Arndt Olga Slusariewa Indywidualna jazda na czas Leontien van Moorsel Dede Demet-Barry Karin Thürig 25px kolarstwo toroweSprint Lori-Ann Muenzer Tamiłła Abasowa Anna MearesWyścig indywidualny na dochodzenie Sarah Ulmer Katie Mactier Leontien van Moorsel500 m na czas Anna Meares Jiang Yonghua Natalla CylinskaWyścig punktowy Olga Slusariewa Belem Guerrero María Luisa Calle 25px kolarstwo górskieCross-country Gunn-Rita Dahle Flesjå Marie-Hélène Prémont Sabine Spitz Klasyfikacja mężczyzn 25px kolarstwo szosoweWyścig indywidualny ze startu wspólnego Paolo Bettini Sérgio Paulinho Axel Merckx Indywidualna jazda na czas Wiaczesław Jekimow Bobby Julich Michael Rogers 25px kolarstwo toroweSprint Ryan Bayley Theo Bos René WolffSprint drużynowy Jens FiedlerStefan NimkeRené Wolff Toshiaki