公共自行车（英语：Bicycle Sharing System、Public Bicycle System，简称：PBS）是一种能让一般大众租赁自行车使用权的服务。
在西方，公共自行车服务可以大致分为两种类型，分别是“社区自行车计划”和“智能自行车计划”（共享自行车、共享单车）。前者是由本地社群团体或非营利组织发起，后者则是由政府机构来建置、营运，或有时是以公共私营合作制（public–private partnership）的方式来进行。
在中国大陆，除了有政府设立的公共自行车外，私人盈利企业也提供自行车短时租赁服务（称作“共享单车”，需付费使用）。
公共自行车的的主要概念是在都会区内以免费或平价租赁的方式，让民众使用自行车替代大众运输或私有车辆来进行短程的通勤，以达到纾解交通拥塞、减低噪音和空气污染的目的。公共自行车也被认为是可用来解决大众运输系统中的“最后一公里”问题，并连结通勤者与大众运输网络的一种方式。此外，公共自行车还具备休闲、旅游、健身等功能。世界上第一座公共自行车系统为2005年5月法国里昂建置之公共自行车系统。
公共自行车计划关注于解决私有自行车的主要缺点，包括失窃和破坏、缺乏停车和存放空间，以及所需的维修保养。然而，由于租借和归还地点的数量有限，公共自行车本身成为一种大众运输的形式，在方便性上不如私有的自行车。除非获得商业赞助，由政府营运的自行车分享计划可能需要花费大量的公共资金。而商业赞助的方式通常是在租借站或自行车上刊登广告。
根据估计，在2011年5月时全世界已有约375个公共自行车系统正在营运中，236,000辆公共自行车可供使用。2008年推出的杭州公共自行车为世界上最大的公共自行车系统，截至2013年6月拥有6.7万辆自行车及超过3000个站点。
在中国大陆，2016年下半年开始出现许多由盈利性企业经营的短时租赁的自称“共享单车”的自行车。与政府的公共自行车相比，最大的区别是无桩停放且须付费使用。相比于政府的有桩自行车，无桩共享自行车更加灵活方便，不用依赖固定停放管理场地，车辆均被投放到路边，只需在微信、支付宝或专属APP上支付一定的押金（也有免押金的）即可租用。以前，归还共享单车时是就地锁车停放并完成使用结算即可，但是现在，越来越多城市要求共享单车指定地点停放。
无桩共享单车的最大问题是乱停放、堵路，企业为了占领市场而过度投放导致交通堵塞，完全违背了公共自行车环保节能、解决拥堵的初衷。不少城市的政府开始没收乱停放的共享单车，大量共享单车堆积形成“共享单车坟墓”，被称作“共享垃圾”。由于各个企业的竞争因素导致共享单车的零部件相互不通用，也不能与普通自行车零部件通用，一旦车辆报废，不仅拆解单车十分麻烦，而且拆出来的零部件无法用于其他品牌单车和普通自行车，只能做废品处理。企业占用公共道路资源进行经营活动涉嫌违法，地方政府不得不派出城管等人员来清理拥堵的共享单车，花费大量公共资源来清理私人企业过度投放和乱停放所造成的问题。此外，无桩共享单车会有更多的被盗用，恶意破坏的情况。
在早期，共享单车作为一种创新得到了政府的肯定，但现在，越来越多的地方政府强调需要加强管理，限制企业的投放数量，要求指定地点停车。
在共享单车投资热潮后，截至2017年11月 (2017-11)，中国电子商务研究中心披露数据显示，倒闭、停运或是转让的共享单车平台已有60余家，“预计加上未披露的平台应该有百家。”“由于市场容量不大，前期资产投入重，分散只会导致共享单车平台集体走向平庸，而资本也没有退路”未来很可能“中小平台逐渐被淘汰，或者被大平台收购，最终‘一统江湖，一家独大’”。由于多家平台相继倒闭，用户在开始使用时缴纳的押金开始出现退还难状况。部分平台就此推行信用认证免押金服务。
2018年7月，ofo小黄车因智能锁通信服务费的问题，大量共享单车停止服务。不久，ofo小黄车难退押金难事件在各大社交媒体爆出。有人冒充美国公民写英文投诉信给ofo强烈要求ofo立刻退押金，并得到ofo的及时回应。12月17日，出现了大量ofo用户来北京总部退押金。此后几天，网上申请退押金人数破一千万人，总计待退押金大约15亿元。于是ofo陷入退押金挤兑风波。这不但使得共享单车行业濒临破产，而且“共享经济”这个流行词，也逐渐淡出人们的视野。
目前在台湾，有台北市、新北市、桃园市、新竹市、新竹县、苗栗县、台中市、彰化县、台南市、高雄市与屏东县开办公共自行车租赁服务，其中台北市、新北市、桃园市、新竹市、苗栗县、台中市、彰化县为知名自行车厂商捷安特所设计研发的YouBike微笑单车系统，于台北市、新北市、桃园市、新竹市、苗栗县、彰化县称为“YouBike”，于台中市则为“iBike”。高雄市公共脚踏车租赁系统“CityBike”为台湾最早营运的自动化公共脚踏车租赁系统，目前由高雄捷运公司经营，但台湾最早由地方政府开办的公共自行车租赁服务，是新北市政府（当时还是台北县政府）环保局低碳中心于2008年在板桥开办的公共自行车租借系统（采人工管理）。
