Блок циліндрів та його головка - це самі великі та важкі частини двигуна. Вони виготовляються за допомогою лиття з наступною механічною обробкою. В двигуні з рідинним охолодженням навколо циліндрів розташовуються канали для проходу охолоджуючої рідини, які утворюють водяну сорочку.

Циліндри двигунів повітряного охолодження зазвичай виготовляються окремо і мають ребра для збільшення площі поверхні, що охолоджується.

Нижня частина блоку циліндрів зазвичай обробляється для установки в блок корінних підшипників колінчастого валу і для приєднання піддона картера. Велике значення має відстань між сусідніми циліндрами. Збільшення відстані дає можливість підвищити жорсткість блоку та забезпечити можливість збільшення в подальшому робочого об'єму двигуна шляхом збільшення діаметра циліндрів (найпростіший спосіб отримання модифікацій двигунів різної потужності). З іншого боку, це призводить до збільшення габаритних розмірів двигуна та його маси.

Останнім часом деякі виробники автомобільних двигунів виготовляють блоки циліндрів, у яких сусідні циліндри стикаються стінками (так звані "сіамські блоки"). Такий спосіб дає можливість отримати досить жорстку конструкцію порівняно невеликих розмірів. Жорсткість блоку циліндрів значною мірою визначає шумові характеристики двигуна.

Довгий час єдиним матеріалом виготовлення блоків циліндрів служив чавун. Цей матеріал недорогий, він має високу міцність і жорсткість при хороших ливарних якостях. Крім того, оброблені хонінгуванням внутрішні поверхні чавунних циліндрів мають відмінні антифрикційні властивості і високу зносостійкість. Суттєвими недоліками чавуну є його велика маса та низька теплопровідність.

Прагнення конструкторів до створення легших двигунів призвело до розробки конструкції блоків циліндрів із алюмінієвих сплавів. Алюміній значно поступається чавуну в жорсткості та зносостійкості, тому блок з алюмінію повинен мати велику кількість ребер жорсткості, а в якості циліндрів зазвичай служать чавунні гільзи, які вставляються в алюмінієвий блок в процесі збирання, заливаються або запресовуються в нього під час виготовлення. Якщо гільза циліндра безпосередньо омивається охолоджуючою рідиною, вона називається «мокрою», а якщо ні — «сухою». Мокрі гільзи повинні мати надійне ущільнення із порожниною охолодження блоку циліндрів.

Застосування великої кількості ребер жорсткості і чавунних гільз значною мірою зводить нанівець переваги від застосування блоків циліндрів з алюмінієвих сплавів. Використання у виробництві сучасних технологій дає можливість виготовлення легких «алюмінієвих» двигунів, у яких блок циліндрів не має чавунних гільз. На робочих поверхнях циліндрів в алюмінієвих блоках електролітичним шляхом створюється підвищений вміст кремнію, а потім циліндри піддаються хімічному травленню для створення на робочій поверхні циліндрів зносостійкої пористої плівки чистого кремнію, який добре утримує мастило. Крім того, особливо часто у двотактних двигунах на алюмінієвий циліндр наноситься шар хрому або кремній-нікелевого сплаву (нікасіл).

Жорсткість алюмінієвого блоку циліндрів може бути підвищена не тільки застосуванням великої кількості ребер жорсткості, але й використанням спеціальних проставок сходового типу у блоці. Такі проставки з'єднані з блоком і, крім значного підвищення жорсткості самого блоку, служать міцною основою для встановлення корінних підшипників колінчастого валу, що підвищує його довговічність.

Така конструкція блоку циліндрів стає нормою при виробництві бензинових двигунів сучасних легкових автомобілів. При виробництві дизелів, в яких через високі навантаження і великий шумності потрібна велика жорсткість блоку, часто застосовують чавунні блоки циліндрів.