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De acordo com um antigo texto, os chineses viam espécimes ampliados através de uma lente no final de um tubo que era preenchido com água. Os níveis de água dependiam do grau de ampliação que eles desejavam.

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Hans Jansen e seu filho Zacharias Jansen que eram fabricantes de óculos criam um microscópio, que poderia ser considerado o primeiro. Ele consistia de três tubos cilíndricos usados para apoiar a ocular. As lentes eram inseridas no final desses tubos. A lente da ocular era bi-convexa e a lente da objetiva era plano-convexa, uma combinação avançada para a época.

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Galileo Galilei fica sabendo dos experimentos de Hans e seu filho e, com isso, começa a trabalhar com lentes. A invenção do microscópio foi atribuída a Galileo, mas foi contestada por outros. Foi descrito como um “telescópio modificado para ver objetos de muito perto”. Johannes Faber, amigo de Galileo, conferiu ao instrumento o nome de microscópio, antes chamado de "occhialino".

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Robert Hooke publica a obra Micrographia que continha a descrição detalhada de 57 observações realizadas com o microscópio que o próprio cientista fabricou. Nesta obra aparece pela primeira vez o termo célula, ao referir-se aos poros observados numa fina lâmina de cortiça, que o faziam lembrar das celas dos monges.

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Anton van Leeuwenhoek usa um microscópio com uma lente para observar insetos e outros espécimes. Com isso, foi possível, pela primeira vez, descrever bactérias, estudar os glóbulos vermelhos do sangue, constatar a existência dos espermatozóides.

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Charles Hall inventa as lente acromáticas (sem cor), Ele descobre que usando uma segunda lente de forma e propriedades refratoras diferentes, poderia-se realinhar as cores com impacto mínimo na ampliação da primeira lente. Esse é um dos passos mais importantes na história do microscópio.

Em 1830s, Joseph Lister resolveu um problema, colocando as lentes em distâncias precisas uma da outra, fornecendo uma ampliação mais nítida e melhora na qualidade de imagem.

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A empresa Ernst Leitz, fabricante de microscópios, introduz o primeiro revólver giratório, com cinco objetivas. Mais tarde Ernst Abbe, dono da empresa, desenvolveu um conjunto de 17 objetivas, incluindo três de imersão.

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Richard Zsigmondy desenvolve um microscópio capaz de observar objetos abaixo do comprimento de onda da luz.

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Fritz Zernike descobre que podia ver células não coradas usando a transformação das diferentes fases dos raios de luz em diferenças luminosas. Ele ganha o Nobel de Física em 1953.

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Max Knoll e Ernst Ruska inventam o primeiro microscópio eletrônico. A diferença básica entre o microscópio óptico e o eletrônico é que neste último não é utilizada a luz, mas sim feixes de elétrons.

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O primeiro microscópio de varredura é construído por Von Ardenne que possibilitou a visualização da superfície dos objetos analisados.

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A empresa japonesa Hitachi desenvolve o microscópio com maior resolução do mundo, baseado na transmissão de elétrons e capaz de realizar observações em nível atômico. O aparelho que ocupa um quarto inteiro permitirá a observação óptica das posições dos átomos, o que segundo Hitachi poderia contribuir para o desenvolvimento de novos materiais com diversas aplicações.