故事发生在二战后的罗马。职业介绍所前人群涌动，无数人在等待工作。赋闲达两年之久的安东终于被介绍到广告张贴所工作，但有个条件，他必须有自行车才能工作。妻子当掉了家里所有的床单才赎回被当掉的自行车。第二天一早，儿子布鲁诺就为爸爸擦好自行车，妻子为他准备好午餐。安东从广告张贴所领到任务，一位有经验的工人给他指点完工作要领，留下他独自工作。一小伙子乘安东工作之时，骑上他停靠在路边的自行车飞驰而去。安东跑去追赶，却被眼线干扰，失去目标。安东向警察报案，却得不到任何帮助，他只得向好友求援。好友建议第二天一早到自行车市场去找，因为偷车人可能在那儿脱手。次日清晨，安东带着儿子和好友来到自行车市场。一阵寻找后毫无结果。他们又来到另一个自行车市场继续寻找。不想一场大雨，把市场冲散。父子挤在屋檐下避雨时，发现那个偷自行车的小伙在不远处和一个老乞丐交谈。安东追了过去，那人骑着自行车逃走。安东急忙回来寻找老乞丐，盘问他小伙的下落。老乞丐拒绝回答，安东父子紧盯他来到一座教堂，安东再三要求老乞丐陪他去找小伙。无奈下老乞丐只得告诉他一个地址，但不肯陪他去。他们的争吵声引来教堂工作人员，老乞丐趁机溜掉。按老乞丐提供的地址，父子来到一个贫穷的居民区，在那儿碰到偷车的小伙。小伙看到他们撒腿就跑，安东把小伙揪到大街上。没想到围观的居民都是他的邻居，偏偏这时小伙抽搐起来。居民们纷纷为小伙开脱，指责和恐吓安东，尽管布鲁诺找来警察也无能为力。面对一张张充满敌意的眼睛，安东只得知难而退。父子俩沮丧地往回走。路过街口时，安东看到街边无人处停靠着的一辆自行车，一个念头在他的头脑中闪现。他急忙打发儿子回家，自己偷偷骑上那辆自行车，不料被车主发现，并被路人抓住，要将他送往警察局。街边等车的布鲁诺看到这一切，跑了过来，哭喊着“爸爸”拼命地拉着父亲。车主看到哭泣的布鲁诺，让大家放了安东。安东木然地行走在大街上，布鲁诺紧紧地拉着父亲的手。看到身边的儿子，安东流下了眼泪，握紧了儿子的手。父子俩消失在茫茫人群中。