1920년대에 마르세유의 수영클럽에서 자전거(7㎞)에 이어 달리기(5㎞)를 한 뒤 수영(200m)으로 끝마치는 3종 경주가 이루어지는 등 프랑스에서 태동하였으나, 오늘날의 철인3종경기가 시작된 곳은 1970년대의 미국이다.

1972년 건강 달리기 운동의 창시자인 데이비드 페인(David Pain)이 50세 생일을 맞아 캘리포니아주 샌디에이고에서 달리기와 자전거 2종목의 바이애슬론 경기를 주최하였고, 1974년 샌디에이고육상클럽이 미션만(Mission Bay)에서 달리기(4.5㎞)·자전거(8㎞)·수영(400m)을 결합한 경주를 주최하면서 처음으로 '트라이애슬론'이라는 용어를 사용하였다. 1978년에는 하와이에서 수영(3.9㎞)·자전거(180㎞)·마라톤(42.195㎞)을 결합한 최초의 장거리 3종 경기가 열렸고, 15명의 참가자 중 완주한 12명에게 '철인(Ironman)' 명칭을 부여하였다.

1982년 미국트라이애슬론협회(United States Triathlon Association；USTA)가 출범하였고, 1989년 3월 프랑스 아비뇽에서 국제트라이애슬론연맹(International Triathlon Union；ITU)이 창립한 뒤 같은 해 8월 아비뇽에서 제1회 세계선수권대회가 개최되었다. 1991년에는 국제올림픽위원회(IOC)가 ITU를 유일한 국제단체로 인정하였으며, 1994년 IOC 총회에서 철인3종경기를 2000년 오스트레일리아의 시드니에서 개최하는 제27회 하계올림픽대회부터 정식종목에 포함하기로 결정하였다. 아시아경기대회에서는 2006년 제15회 도하대회부터 정식종목으로 채택되었다.

수영으로 출발하여 지정된 제1 바꿈터(Transition Area)에서 사이클로 전환하여 정해진 코스를 마친 뒤 다시 제2 바꿈터에서 마라톤으로 전환하여 결승선에 도착하는 대로 순위를 가린다. 세 종목을 휴식 없이 연이어 진행하여야 하므로 신속하게 종목을 전환하는 것이 중요하다. 경기 거리에 따라 슈퍼 스프린트 코스, 스프린트 코스, 올림픽 코스, O2 코스와 O3 코스, 장거리 코스 등으로 구분하고, 참가 선수에 따라 엘리트부(ITU에 등록된 전문선수), U23(18~23세), 주니어부(16~19세), 동호인부, 장애인부 등으로 구분한다.

슈퍼 스프린트 코스는 수영 250~400m, 사이클 6.5~10㎞, 마라톤 1.7~2.5㎞이다. 스프린트 코스는 수영 750m 이상, 사이클 20㎞ 이상, 마라톤 5㎞ 이상이다. 올림픽 코스는 표준 코스라고도 하며, 수영 1.5㎞, 사이클 40㎞, 마라톤 10㎞이다. O2·O3 코스는 ITU가 세계 각국에서 제각각으로 치러지던 장거리 대회를 올림픽 코스의 2배와 3배로 표준화한 것으로서 O2 코스는 수영 3㎞, 사이클 80㎞, 마라톤 20㎞, O3 코스는 수영 4㎞, 사이클 120㎞, 마라톤 30㎞이다. 철인 코스라고도 하는 장거리 코스는 수영 1~4㎞, 사이클 80~180㎞, 마라톤 10~42.195㎞이다. 이밖에 수영 250~300m, 사이클 5~8㎞, 마라톤 1.5~2㎞인 팀 릴레이도 있다. 각 대회마다 기술감독이 수영, 사이클, 완주 제한시간을 설정한다.

수영 코스는 출발선에서 시작하여 사이클 경기로 전환하기 위한 제1 바꿈터의 입구에서 끝난다. 선수들은 물속을 헤쳐나가기 위하여 어떠한 손발 동작도 할 수 있으며, 걷거나 둥둥 떠다닐 수도 있다. 경기 도중에 부표나 정지된 심판 보트에 매달려 휴식하거나 물밑 바닥에 발을 딛고 서 있을 수는 있지만, 앞으로 전진하는 도구를 사용할 수 없다. 규정된 영법(泳法)은 없으나 거의 대부분의 선수들이 자유형을 택하는데, 2~3회 스트로크에 1회씩 호흡하는 것이 좋다.

사이클 코스는 승차점(제1 바꿈터 출구에서 사이클을 타도록 지정된 선)에서 시작하여 하차점(제2 바꿈터 입구에 사이클에서 하차하도록 지정된 선)에서 끝난다. 선수는 사이클을 타거나 사이클을 끌고 걸을 수 있지만, 사이클 없이 앞으로 나아갈 수 없다. 뒤따르기를 허용하는 대회와 불허하는 대회로 구분되는데, 올림픽 코스 대회의 경우, 엘리트부와 U23부는 뒤따르기가 허용되고 동호인부는 허용되지 않는다.

마라톤 코스는 제2 바꿈터 출구에서 시작하여 결승선에서 끝난다. 선수는 뛰거나 걸을 수 있지만, 기어가기(사지의 세 부분이 땅에 닿아 전진하는 행위)는 허용되지 않는다. 몸통(Torso；목의 가장 밑부분에서 골반 윗부분)이 결승선에서 수직선이 되는 부분을 통과한 때를 완주 시점으로 한다.

심판부는 ITU 경기규칙과 운영규칙의 모든 측면을 점검하는 기술감독(Technical Delegate；TD)과 기술감독 보조(ATD), 경기규칙 위반에 대한 최종판결을 내리는 주심(Referee), 심판장(Chief Race Official；CRO), 모든 항의와 판정 이의신청을 판결하는 경기배심(Competition Jury) 등으로 구성된다. 심판은 선수 등록, 출발점과 결승점, 바꿈터, 수영, 사이클, 마라톤, 보급소, 페널티 박스, 차량통제 영역 등에 배치된다.

한편, 트라이애슬론과 유사한 경기로는 수영을 제외하고 달리기·사이클·달리기로 구성된 듀애슬론(Duathlon), 사이클을 제외하고 달리기·수영·달리기로 구성된 아쿠아슬론(Aquathlon), 수영·사이클로만 구성된 아쿠아바이크(Aquabike), 수영·산악자전거·산악달리기로 구성된 크로스 트라이애슬론(Cross triathlon), 달리기·산악자전거·산악달리기로 구성된 크로스 듀애슬론(Cross duathlon) 등이 있다.

선수가 코스를 이탈한 경우에는 정지한 후 이탈한 지점으로 다시 돌아가서 출발하고, 이를 지키지 않으면 실격된다. 또 심판 임원에 대한 욕설이나 학대 행위, 스포츠맨십 위반 행위, 고의로 다른 선수의 전진을 방해하기 위한 가로막기나 간섭 행위, 의도적인 불공정한 접촉 행위, 고의로 대회 조직위원회가 제공한 배번을 기술감독이 지시한 방식으로 착용하지 않은 경우, 고의로 대회 교통법규와 규정을 위반한 경우, 사이클 경기의 헬멧 미착용, 달리기 코스에서 기거나 신발을 신지 않고 뛰거나 헬멧을 쓰고 뛸 경우 등에도 실격된다. 뒤따르기를 불허하는 대회에서 뒤따르기를 한 경우에는 첫 번째 위반시 페널티 박스에서 시간벌칙, 두 번째 위반시 실격된다.

또 심판이나 대회 임원이 아닌 타인의 조력(Assistance)을 받았을 때는 가능하면 원래의 위치에 멈추게 한 뒤 출발하게 하고, 그렇지 않으면 실격된다. 타이어·물병과 기타 물품을 안전하게 코스 밖에 놓지 않고 방치하거나 코스상에 개인 용품을 버리는 경우에는 정지한 뒤 출발하고, 시정하지 않으면 실격된다. 자신과 타인에게 위험을 초래할 수 있는 용품을 착용한 경우, 다른 선수에게 위협이 될 수 있거나 혜택을 줄 수 있는 비공인 장비를 사용한 경우, 웃통을 벗고 경기를 진행하는 경우, 사이클 경기에서 사이클 없이 앞으로 진행하는 경우 등에는 이를 시정하면 정지 후 출발하고, 그렇지 않으면 실격된다.

이밖에 고의성 없는 규칙 위반에 대하여는 해당 선수에게 잠시 경기를 지연시키는 정지징계(Stop-Start Penalty) 벌칙이 주어지는데, 이는 뒤따르기 상황에서 2명 이상의 선수를 서로 떨어지도록 하는 징계이다. 선수가 고의로 규칙을 위반한 경우, 임원이 선수가 곧 규칙을 위반할 것이라고 판단할 경우, 어드밴티지가 주어지지 않을 경우 등에는 구두 경고를 한다. 시간벌칙은 출발신호 전에 출발한 경우, 뒤따르기 불허 대회에서 뒤따르기를 한 경우, 엘리트 대회에서 승차선 앞에서 승차하거나 하차선을 지나 하차하거나 지정된 장소 밖에 장비를 방치하거나 코너를 돌기 위하여 고정 물체를 이용한 경우 등에 해당한다. 비신사적 행동이나 비정상적 행동 또는 폭력을 행사한 경우에는 영구제명된다.

가로막기(Blocking)：다른 선수의 경기 진행을 방해하는 행위. 사이클 코스의 경우, 도로의 왼쪽 편에서 경기를 진행하지 않는 선수가 이에 해당한다.
뒤따르기(Drafting)：사이클 경기에서 공기 저항을 줄이기 위해 다른 선수의 뒤에 붙어서 경기하는 행위. 한 선수의 뒤따르기 영역이 다른 선수의 뒤따르기 영역과 겹칠 때 뒤따르기를 하는 것으로 간주한다.
바꿈터(Transition Area)：선수가 경기 중에 사용할 장비와 옷 등 경기 관련 물품을 보관하도록 지정된 장소로서 수영에서 사이클로, 사이클에서 마라톤으로 전환할 때 이용한다.
사이클 뒤따르기 영역(Bicycle Draft Zone)：사이클을 둘러싼 길이 7m(장거리 대회는 12m, 올림픽 코스는 10m), 너비 3m의 직사각형 구역을 가리킨다. 다른 선수의 뒤따르기 영역에 들어갈 경우, 장거리 코스에서는 20초 안에, 올림픽 코스나 스프린트 코스에서는 15초 안에 통과하여야 한다.
차지(Charge)：다른 선수의 진로를 방해하기 위하여 앞, 뒤, 옆에서 접촉하는 행위.
추월(Pass)：앞뒤 선수의 사이클 뒤따르기 영역이 겹쳤을 때 제한된 시간 안에 뒤따르기를 하는 선수가 앞 선수를 앞질러가는 것을 말한다. 이때 앞 선수의 왼쪽으로는 추월할 수 없으며, 한 선수의 앞바퀴가 다른 선수의 앞바퀴를 지날 때를 추월시점으로 본다.

수영에서 수영모는 선수를 식별하기 위한 것으로서 반드시 해당 경기 조직위원회가 제공하는 것을 착용하여야 하며, 물안경이나 코마개를 사용할 수 있다. 보온복(wetsuit)은 착용을 허용하는 대회에 한하여 ITU로부터 승인된 것만 착용할 수 있다. 보온복은 선수층과 수영 거리 및 수온에 따라 착용 여부의 차이가 있다. 예를 들면, 엘리트·U23·주니어부는 수영 거리 750m에 수온 20℃ 이상이면 보온복 착용이 금지되며, 수온 14℃ 이하이면 반드시 착용하여야 한다. 보온복을 착용하지 않고 수영할 경우, 선수들은 ITU가 승인한 유니폼을 입어야 한다. 유니폼 외의 옷을 입을 경우에는 공식 유니폼 속에 입어야 하고 경기하는 동안 옷을 벗을 수 없다. 인공 추진장치나 부력 장치, 장갑이나 양말, 두께 5㎜를 초과하는 보온복, 보온복 착용을 허용하지 않는 대회에서 어깨부터 손까지 덮는 옷과 무릎부터 발가락까지 덮는 옷 등은 모두 불법장비에 해당한다.

사이클의 뒤따르기가 허용되는 대회에서 사이클 길이는 2m 이내, 너비는 50㎝ 이내로 제한되며, 다른 모든 대회에서는 길이 2m, 너비 75㎝ 이내로 제한된다. 뒤따르기 허용 대회에서 바퀴의 지름은 타이어를 포함하여 55~70㎝이며, 바퀴살은 12개 이상이어야 한다. 시간을 단축하기 위하여 경기를 시작하기 전에 페달에 신발을 고정시켜 놓는 것이 보통이다. 핸들바는 기존의 드롭 핸들바만 허용되고, 끝은 잘 밀봉된 상태이어야 한다. 헬멧은 반드시 공인검사기관에서 품질인증을 받은 것이어야 하며, 안전띠나 외피를 포함한 어떤 부분의 개조도 허용되지 않는다. 선수는 바꿈터의 사이클 걸이대에서 사이클을 탈착하기 전부터 사이클 경기를 마치고 다음 바꿈터의 사이클 걸이대에 올려놓을 때까지 헬멧을 착용하고 있어야 한다. 공기 저항을 줄이기 위한 바람막이나 바퀴를 가속할 수 있는 장치는 어떤 것도 허용되지 않는다. 마라톤에서 이어폰이나 헤드폰, 유리로 된 용기, 핸드폰 등은 불법장비에 해당한다.

ITU가 주관하는 주요 국제경기로는 4년마다 열리는 하계올림픽 경기 외에 매년 열리는 월드챔피언십시리즈(ITU Triathlon World Championships Series)와 월드컵(ITU Triathlon World Cup), 아시안컵·유러피언컵·팬아메리칸컵·오세아니아컵 등의 대륙간컵 대회 등이 있다.

월드챔피언십시리즈는 1989년 세계선수권대회(ITU Triathlon World Championships)로 창설되어 매년 단일 대회로 개최해오다가 2009년부터 시리즈 형태로 전환하였다. 7개국의 7개 도시를 돌며 대회를 치른 뒤 마지막에 결승전에 해당하는 그랜드 파이널 대회를 치러 그해의 최종 우승자를 가린다.

월드컵은 1991년 창설된 뒤 매년 여러 도시를 순회하며 서킷 대회 형식으로 개최하였으며, 2003년에는 총 19개 대회가 열릴 만큼 성행하였으나 2009년 월드챔피언십시리즈가 시작된 뒤로는 대회 수가 감소하여 2011년에는 9개 대회가 열렸다. 2003년 창설된 통영트라이애슬론도 ITU 월드컵 대회의 하나이다.

1987년 8월 대한트라이애슬론연맹(KTF)의 전신인 한국트라이애슬론연맹이 창설되어 그해 9월에 미사리 조정경기장에서 국내 첫 철인3종경기가 개최된 뒤 일반에 알려지기 시작하였다. 1993년 제주도에서 첫 국제대회인 제주국제철인3종경기대회가 창설되어 수영 1.5㎞, 사이클 40㎞, 마라톤 10㎞의 올림픽 코스 경기를 치른 데 이어 1994년 제3회 아시아선수권대회가 열렸으며, 1997년에는 KTF가 대한체육회에 47번째 경기단체로 가맹함으로써 철인3종경기가 대한체육회에 정식종목으로 등록되었다.

2002년 2월에는 지역별로 활동하던 클럽들의 연합체인 전국철인3종경기연합회가 발족한 뒤 그해 8월에 국민생활체육협의회에 가입하였고, 2003년에는 ITU가 주관하는 월드컵 대회의 하나인 통영트라이애슬론대회가 창설되었다. 2004년 전국체육대회에 철인3종경기 남자부가 정식종목으로 채택된 데 이어 2006년에는 여자부도 추가되었고, 2011년에는 전국소년체전에서도 남녀부가 정식종목으로 채택되었다.

2012년 KTF에 등록된 동호인 클럽만 123개로, 전국에 동호회가 활성화되어 있다. 국내 대회로는 설악트라이애슬론대회, 전라남도지사배 전국트라이애슬론 여수대회, 부안 전국해양스포츠제전, 설봉트라이애슬론대회, 문화체육관광부장관배 전국트라이애슬론선수권대회, 백야 김좌진장군배 전국트라이애슬론대회, 이충무공배 아산 전국트라이애슬론대회, 삼성출판사배 어린이 트라이애스론·아쿠아슬론대회, 대구시장배 전국트라이애슬론대회 등이 개최된다.

한편, 전문선수인 엘리트 부문은 국제대회에서 별다른 성적을 올리지 못하고 있다. 세계선수권대회에는 2008년 제20회 밴쿠버대회에 처음으로 참가하여 김주석이 남자부 48위, 허민호가 주니어 남자부 7위를 기록하였다. 하계올림픽대회에는 2000년 정식종목 채택 이후 참가하지 못하다가 2012년 제30회 런던대회에서 처음으로 남녀부(허민호·장윤정) 출전권을 획득하였다.