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.