De wereldkampioenschappen wielrennen zijn wegwedstrijden en tijdritten die jaarlijks door de Internationale Wielerunie worden georganiseerd voor verschillende categorieën. De eerste maal gebeurde dat in 1921, toen nog enkel voor amateurs. Het eerste wereldkampioenschap voor beroepsrenners werd gehouden in 1927. Voor vrouwen wordt sinds 1958 een wereldkampioenschap georganiseerd. De wedstrijden worden verreden als eendaagse wegwedstrijden, zowel voor eliterenners als beloften en junioren. Sinds 1994 wordt er ook een apart wereldkampioenschap tijdrijden georganiseerd.

Deelname 
In tegenstelling tot de meeste andere wielerwedstrijden rijden de renners niet in merkenteams, maar in teams per land. Overeenkomstig de UCI World Tour-ranglijst vaardigen de landen een bepaald aantal wielrenners af: de tien hoogst geklasseerde wielerlanden mogen negen renners afvaardigen. Tot 2004 kon een landenploeg nog uit maximaal twaalf renners bestaan. Voor de andere landen wordt gebruikgemaakt van een rangschikking volgens continent. Deze levert afhankelijk van de positie zes plaatsen, drie plaatsen of één plaats op. De winnaar van het jaar ervoor mag altijd deelnemen en kan zo zijn land meestal aan een extra startplaats helpen. In 2006 was dit niet het geval: de Belgen gingen met negen renners van start, hoewel Tom Boonen het jaar ervoor wereldkampioen geworden was. Omdat renners de rest van het jaar in een vaak internationale ploeg rijden, komt het voor dat renners van verschillende landen elkaar helpen of dat renners van één land elkaar tegenwerken.

Ook bij de junioren, beloften en vrouwen worden de wereldkampioenschappen in landenteams verreden. Deze zijn echter kleiner dan bij de elite mannen.

Locatie en parcours 
De locatie van het wereldkampioenschap verschilt per jaar. Meestal is het parcours licht heuvelachtig, vergelijkbaar met dat van klassiekers. Het zijn daarom ook vaak specialisten in dit type wedstrijden die wereldkampioen worden. Soms gaat het echter om een vrijwel vlak parcours zoals in 2002 in Zolder, of juist een vrij bergachtig parcours zoals in 1995 in Duitama.

Het parcours bestaat traditioneel uit een groot aantal ronden en de lengte van de langste wedstrijd, bij de mannen elite, is meestal ongeveer 250 kilometer. De wedstrijd vindt in het najaar plaats, niet lang nadat de mannen de Ronde van Spanje hebben gereden.  De tijdritten vinden enkele dagen eerder plaats, in dezelfde regio als de wegwedstrijd. In 2023 vond de wedstrijd echter niet plaats in het najaar, maar in de zomer, tussen de Tour en de Vuelta in, omdat het voor het eerst werd gecombineerd met het WK baanwielrennen en het WK mountainbiken. Op de oorspronkelijke data vindt dat jaar het EK wielrennen plaats.

Regenboogtrui 
Voor de wereldkampioen wacht aan de eindstreep de regenboogtrui, die hij of zij een heel jaar lang mag dragen – enkel een leiderstrui in een etappewedstrijd krijgt voorrang. De eerste regenboogtruien werden in 1927 uitgereikt; voordien was er geen speciale trui voor de wereldkampioen. De wereldkampioen mag alleen in de discipline waarin de titel behaald is zijn of haar trui dragen. De gewezen wereldkampioenen mogen de rest van hun carrière regenboogbandjes onderaan hun mouwen en aan de kraag dragen.

Omdat het al verschillende keren is voorgekomen dat een regerend wereldkampioen amper wedstrijden wist te winnen, dan wel veel pech kende (Jean-Pierre Monseré overleed zelfs in de regenboogtrui), wordt wel gesproken van de vloek van de regenboogtrui. Dat de regerend wereldkampioen minder vaak wint in de regenboogtrui dan in het voorgaande jaar waarin hij wereldkampioen werd, valt volgens een Britse onderzoeker (dr. Thomas Perneger) logisch te verklaren: omdat er in de media en door fans extra op de regenboogtrui wordt gelet, wordt er ook meer aandacht geschonken aan zijn mindere prestaties en vanwege de regenboogtrui valt de renner meer op in het peloton en kan hij dus niet onopgemerkt demarreren.

Huidige wereldkampioenen

Edities

Junioren WK's

Medaillespiegel

Fotogalerij

Organisatie 
De organisatie van het WK wielrennen is een honorarium verschuldigd aan de UCI, om het wereldkampioenschap te mogen organiseren. Voor de editie van 2018 bedroeg dit honorarium . Voor de edities van 2025, 2026 en 2027 bedraagt het honorarium CHF 8.000.000 per editie. Voor de edities van 2028, 2029 en 2030 bedraagt de fee CHF 8.500.000 per editie.