オートバイ は、自動車の一種である。2つの車輪を前後に配置し、人力以外の動力で走る乗り物の日本語における慣用的な呼称である。日本では、法的には大型自動二輪車、普通自動二輪車および原動機付自転車に区分される。
エンジンつき2輪車をベースとした3輪車（トライク）もオートバイに含める場合がある（トライクは、日本の道路交通法ではオート三輪(普通免許で運転可)、道路運送車両法の分類ではサイドカー(側車付き二輪車)の扱いとなる）。
「自動二輪車」と言う表記について詳細は#各種の区分を参照のこと。
フランスのエンジニア・発明家のルイ－ギヨーム・ペローが考案、1868年に特許取得(当時の特許期間は15年)。1873年のウィーン万博に出品された。蒸気機関エンジン搭載のオートバイであった。内燃機関エンジン搭載のオートバイの原型はダイムラー（現ダイムラー・クライスラー）社により、1885年に作られた。1903年、現代のモペッドの原型となるオートバイをウイリアム・ハーレーとアーサー・ダビッドソンが製造した（後にハーレーダビッドソン社を創業）。