Tekerlekli robotlar yerde tekerlekleri yardımıyla hareket eden robotlardır. Bu tasarım ayaklı sistemlere oranla çok daha basit olduğu ve düz zeminde hareket için tasarlama, üretme ve programlama süreçleri daha kolay olduğu için oldukça sık tercih edilir. Diğer robotlara oranla daha kolay kontrol edilebilmesi bir diğer avantajıdır. Dezavantajlarının başında yerde bulunan engelleri aşamamaları gelir. Bu nedenle düz olmayan ve düşük sürtünme katsayısı olan zeminlerde kullanışsız robotlardır. Değişik sayılarda tekerlekli robotlar üretilebilmektedir ancak statik ve dinamik denge sağlamak için üç tekerlek yeterlidir.
Tekerlekli robotların çok tercih edilmesinin nedeni ilerleme mekanizmalarının basitliğindendir. Tekerlekli robotların ilerleme mekanizmaları tekerlek sayılarına göre farklılık gösterebilir. Genellikle iki tekerlekli robotlar yön kontrollerini tekerleklerinin bağlı olduğu motorlar arasındaki hız farkı ile sağlar. Bu sistem üç tekerlekli hatta dört tekerlekli robotlarda da kullanılabilir. Dört tekerlekli robotlarda buna ek olarak öndeki veya arkadaki tekerlerin yönlerini değiştirmek suretiyle yön ayarlanmasını sağlayan arabalardakine benzer bir diferansiyel sistemi bulunabilmektedir. Çok tekerlekli robotlarda da iki tekerlekli robotlarda olduğu gibi hız farkı ile veya diferansiyel yardımıyla yön kontrolü yapılabilmektedir.
Omni tekerlekler kullanarak her yöne hareket edebilen tekerlekli robotlar veya tekerlek gibi davranan top şeklinde robotlar da kendilerine has ilerleme metodlarına sahiptirler.