不过这种蒸汽汽车体积和重量实在是太大了，用它制造的汽车重量高达数吨，以当时的道路条件无法推广开来。随着工业革命的深入发展，1860年法国人雷诺首先把煤气与空气吸入气缸进行混合，形成了内燃机的初级产品；在1867年德国人尼古拉斯.奥托发明了四冲程内燃机，发动机的体积和重量大幅度缩小，真正意义的现代汽车发动机诞生了，其工作方式进气、压缩、做工、排气被称为奥托循环。这是一个里程碑式的事件，直到今天，汽车发动机的原理仍然没有脱离奥托循环，所有的技术进步都是围绕着它做改进。
随着内燃机技术的逐渐完善，它的优势越来越明显，并逐渐占据了主导地位。在此基础上，1885年，德国工程师卡尔.本茨制造出了一辆装有单缸汽油机的三轮汽车，并在1886年1月29日申请了专利，人们将这一天作为世界上第一辆汽车的诞生日。同年德国人戈特利布.戴姆勒设计制造出了第一辆使用汽油机的四轮汽车。因此二人被誉为汽车之父。在第一次世界大战之后，二人创造的公司都陷入了经营困境，于是二者在1923年合并，这就是大名鼎鼎的戴姆勒-奔驰汽车公司。时至今日，它已经是世界上最伟大的汽车公司之一。
在奔驰和戴姆勒发明出第一辆现代意义上的汽车之后，汽车进入了一个快速发展时期，各种新技术层出不穷，造车技术也日新月异。在之后的几年里，法国于1890年、美国于1893年、英国于1896年、日本于1907年、俄罗斯于1910年，相继制造出了自己的第一辆汽车，并且有更多的工程师制造出了以自己的名字命名的汽车，汽车世界进入了一个百花齐放、百家争鸣的时代。在之后将近一个世纪的发展，经过激烈的竞争、优胜劣汰和兼并重组，汽车产业逐渐趋向于集中垄断，并形成了几个大的汽车集团，比如美国的通用、福特、克莱斯勒，欧洲的戴姆勒-奔驰、宝马、大众、标志-雪铁龙、菲亚特，日本的丰田、本田、日产，韩国的现代等。
中国的第一辆汽车诞生于上世纪三十年代。当时张学良主导中国的东北，在一家兵工厂内生产出了中国的第一辆汽车——民生牌汽车。它是一辆载重两吨的货车，在当时引发了巨大的轰动。可惜好景不长，随着九一八事变爆发，这家工厂落入日本人之手，变成了助纣为虐的工具，旧中国的汽车工业也就此折戟沉沙。
新中国成立后，汽车工业成了重点发展的行业之一。1953年7月第一汽车制造厂在长春兴建，并于1956年7月15日投产，生产出新中国的第一辆汽车——解放CA10型载货汽车。在之后的1958年又生产出了第一辆轿车——东风牌轿车，随后这款车改名为红旗牌，新中国的轿车工业就此启航。
不过在之后的相当长时间内，新中国的汽车工业几乎陷于停滞。在“先生产、后生活”的思想指引下，只制造一些与生产直接相关的车型，而轿车只生产红旗系列，并且产量相当有限。这段时间内新中国的汽车工业是非常弱小的，缺重少轻，轿车几乎空白。
在改革开放之后，中国把汽车列为支柱型产业，通过引进合资、兼并重组、市场换技术等市场手段，汽车工业取得了长足的发展，并形成了完整的汽车发展体系。现在的中国，已经形成了一汽、东风、上汽、广汽、长安、江淮、吉利、奇瑞、比亚迪、长城等众多汽车企业集团，汽车年产量高达2500多万辆，保有量高达3.8亿辆，是世界第一汽车产销大国，千人汽车保有量为17.8辆，已经处于世界前列。但在技术与制造工艺上与国际先进水平还有一定的差距，所以还不能称为汽车强国。