La temporada de 1964 del Campionat del món de motociclisme fou la 16a edició d'aquest campionat, organitzat per la FIM. A la darrera ronda de la temporada, el Gran Premi del Japó, la cursa de la categoria dels 50cc no es va considerar vàlida per a la classificació final del campionat i no s'hi van atorgar punts a causa del nombre massa reduït de participants (només cinc pilots).
Mike Hailwood va aconseguir un altre títol als 500cc per a MV Agusta, guanyant les sis primeres curses de l'any i un total de set durant el campionat. Jim Redman (Honda) va guanyar les vuit curses dels 350cc contra una pobra representació d'equips de fàbrica. La classe dels 250cc va resultar ser més difícil, ja que Phil Read (Yamaha) va lluitar contra Redman durant tota la temporada i va aconseguir finalment el títol en guanyar cinc curses contra les tres de Redman. Luigi Taveri va guanyar el títol de 125cc per a Honda, mentre que Hugh Anderson (Suzuki) va lluitar durant tota la temporada amb Ralph Bryans (Honda) per a retenir el seu títol de 50cc.
Aquell any, Giacomo Agostini va debutar al campionat del món participant en dues curses amb l'antiga Moto Morini 250 i va acabar en quarta posició en ambdues. També hi hagué una destacable actuació dels catalans Josep Maria Busquets, Ramon Torras i Jordi Sirera, que van aconseguir puntuar en les tres categories petites amb motos fabricades a Catalunya (Derbi, Bultaco i Montesa, respectivament).
Entre les innovacions tècniques de la temporada, cal esmentar els motors pluricilíndrics presentats per Honda, un de quatre cilindres als 125cc i un de sis cilindres als 250cc; amb aquest últim, Redman va obtenir la victòria a l'últim Gran Premi de la temporada, al Japó.
Al TT de l'Illa de Man s'hi van morir dos pilots de sidecars arran de sengles accidents: Brian Cockrell durant els entrenaments[1] i Peter Essery a la cursa.[2]
Roland Föll es va morir arran d'un accident durant els entrenaments de la cursa de 125cc del Dutch TT.[3]
Karl Recktenwald es va morir arran d'un accident a la cursa de 500cc del Gran Premi d'Alemanya.[4]
Vernon Cottle es va morir arran d'un accident a la cursa de 350cc del Gran Premi de Finlàndia.[5]