Nie wiadomo dokładni kiedy został zbudowany pierwszy mikroskop. Niektórzy podają rok 1673, natomiast inni uważają , że było to dużo wcześniej , mianowicie w roku 1590. Miał tego dokonać Jansen, a miejscem jego pracy była Holandia. Miały one nieskomplikowaną budowę i niezbyt duże powiększenie. Później mikroskopami zajmował się Galileusz oraz Antonie van Leeuwenhoek. Ten ostatni wprowadził do mikroskopu pewne udoskonalenia. Mianowicie opracował on niemalże do perfekcji technikę szlifowania szklanych soczewek. Dzięki temu można było uzyskiwać w mikroskopach nawet trzystukrotne powiększenia. W takich mikroskopach możliwa już była obserwacja mikroorganizmów. Leeuwenhoek, który pracował jako urzędnik zaczął interesować się biologią i jako pierwszy zaczął publikować wykonane na podstawie otrzymanych obrazów mikroskopowych rysunki przedstawiające rozmaite bakterie i pierwotniaki. Natomiast już w roku 1655 udała się sztuka obserwacji pod mikroskopem pierwszych komórek. Dokonał tego Robert Hooke. I to właśnie dzięki jego pracom został wprowadzony do nauki mikroskop zwany mikroskopem złożonym. Nazwa wzięła się od układu soczewek , który w tym mikroskopie został zastosowany. W skład mikroskopu złożonego wchodził zazwyczaj obiektyw i okular , który zbudowany był z dwóch soczewek dwuwypukłych. Niestety mikroskopy te miały duże wady. Przede wszystkim chodzi tutaj o aberrację sferyczną i chromatyczną. Warto jeszcze dodać, że mikroskopy złożone wywodziły się od teleskopu.

Mimo iż mikroskop ten wzbudził duże zainteresowanie to jednak w ówczesnych czasach nie było zbyt wielu ludzi , którzy podejmowali się budową tych urządzeń. Stąd wiedza na temat siedemnastowiecznych mikroskopów pochodzi głównie z rysunków i opisów. Niewiele natomiast urządzeń zachowało się w oryginale.

Sytuacja znacznie zmieniła się wraz z nastaniem wieku osiemnastego. Wówczas mikroskopami zaczęli interesować się wytwórcy angielscy, francuscy oraz niemieccy. To właśnie w tamtym okresie powstało wiele modeli mikroskopów , które zostały nazwane od nazwisk ich twórców. Pojawiają się nazwiska John Marshall, Edmund Culpeper czy John Cuff. Najszybciej chyba rozpowszechnił się model zbudowany przez Johna Cuffa. Został on wykonany na specjalne zamówienie naukowca o nazwisku Baker, który zajmował się badaniem struktury kryształów. Miało to miejsce w roku 1744. Urządzenie wykonane było z mosiądzu. Statyw zamocowany był na pudełku ze specjalną szufladką przeznaczoną na akcesoria. Zastosowany w mikroskopie układ optyczny zapewniał precyzyjne ustawienie ostrości obrazu.

W 1751 roku został rozpowszechniony mikroskop wodny zwany typem Ellisa. Urządzenie to było przeznaczone do obserwacji organizmów żywych w środowisku wodnym. W mikroskopie tym zastosowano pojedyncze wymienne soczewki. Dzięki temu, że soczewka zamocowana była na statywie w taki sposób, że mogła swobodnie zmieniać położenie bez konieczności zmiany położenia obserwowanej próbki. Z tego typu mikroskopu korzystał m.in. Karol Linneusz. Urządzenie to zachowało się do dnia dzisiejszego i stanowi eksponat w Muzeum Linneusza.

Mikroskopy jednosoczewkowe miały zdecydowanie więcej zalet niż mikroskopy złożone. Charakteryzowały większą rozdzielczością przy tym samym powiększeniu w porównaniu ze złożonymi. Do roku 1930 mikroskopy proste miały rozdzielczość 1/100 mm przy powiększeniu 20x i 1/400 przy powiększeniu 100x.

Dzięki mikroskopowi typu Ellisa można było uzyskać powiększenie 32 - krotne.

Pierwsza połowa wieku osiemnastego nie przyniosła postępu w dziedzinie mikroskopii optycznej. Nie potrafiono poradzić sobie z aberracją sferyczną, dlatego koncentrowano się głównie na oświetleniu i poprawie stabilności tych urządzeń.

Warto teraz dokładnie przeanalizować budowę dzisiejszych mikroskopów i zastanowić się jak powstaje powiększony obraz.

Jak wiadomo mikroskop jest rodzajem przyrządu optycznego, za pomocą którego otrzymuje się powiększone obrazy obiektów, umieszczonych w bliskiej odległości od oka. Jednym z typów mikroskopów jest mikroskop optyczny.

Dwie główne części mikroskopu to okular i obiektyw. Za pomocą obiektywu zostaje wytworzony obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony. Taki obraz jest widziany przez kolejny układ optyczny czyli przez okular. Okular działa na zasadzie lupy czyli powiększa obraz. Tak więc obraz docierający do oka obserwatora jest powiększony, odwrócony i urojony.

Obie części czyli okular i obiektyw umieszczone są na końcach rury zwanej tubusem. Rura ta w środku musi być pokryta czarną matowa powłoką, żeby zapobiec dodatkowym niepożądanym odbiciom. Długością tubusa nazywa się odległość między ogniskiem obiektywu a ogniskiem okularu. Całkowite powiększenie mikroskopu oblicza się mnożąc powiększenie okularu przez powiększenie obiektywu. Przedstawia to poniższy wzór:

Gdzie P - powiększenie całkowite, pto powiększenie obiektywu, pto powiększenie okularu.

Teraz należy zastanowić się jak wyrażają się poszczególne powiększenia. I tak powiększenie obiektywu można przedstawić jako iloraz odległości obrazu od soczewki i odległości przedmiotu od soczewki obiektywu. Można przyjąć założenie , że odległość obrazu równa jest długości tubusa, , natomiast położenie przedmiotu znajduje się w odległości równej ogniskowej.

Tak więc powiększenie to można przedstawić zależnością:

Przez l oznaczono długość tubusa, długość przez f ogniskową.

Natomiast powiększenie okularu jest równe iloczynowi odległości dobrego widzenia s i ogniskowej f.

Tak więc po uwzględnieniu powyższych zależności wzór na całkowite powiększenie mikroskopu można teraz przedstawić w postaci:

Dla różnych rodzajów mikroskopów te wielkości mogą przybierać różne wartości. I tak np. powiększenie obiektywu zawiera się w przedziale 4 - 100, a powiększenie okularu 4-25.

Każdy mikroskop scharakteryzowany jest przez wielkość zwaną zdolnością rozdzielczą. Definiuje ona minimalną wielkość obiektów potrzebną do rozróżnienia ich kształtów.

Jest to konieczne ponieważ dla każdego obiektywu istnieje pewna najmniejsza odległość między dwoma punktami, która może być jeszcze rozróżniona w otrzymanym obrazie. Takie ograniczenie wynika bezpośrednio z falowej natury światła, a konkretniej ze zjawiska uginania się fali świetlnej na poszczególnych elementach przedmiotu. Obiekt taki można potraktować jako siatkę dyfrakcyjną. I tak , aby doszło do wytworzenia przez obiektyw obrazu rzeczywistego konkretnego punktu przedmiotu to musi dojść do skupienia w jednym punkcie dwóch promieni załamanych i zgodnych w fazie.

Aby dochodziło do ich wzmocnienia to musi być spełniony warunek:

gdzie  to długość fali natomiast d to stała siatki dyfrakcyjnej. Po przekształceniu tego równania otrzymuje się zależność określającą zdolność rozdzielczą mikroskopu:

Jeśli w obszarze między przedmiotem a obiektywem znajdzie się ciecz immersyjna o współczynniku załamania światła n to należy powyższy wzór zmodyfikować. Przyjmuje on postać:

Wyrażenie pojawiające się w mianowniku nosi nazwę apretury numerycznej obiektywu.

Dzięki zwiększeniu apretury obiektywu można doprowadzić do zwiększenia zdolności rozdzielczej mikroskopu jak również poprawić jasność powstającego obrazu.

W zależności od sposobu oświetlenia obserwowanej próbki można wyróżnić kilka sposobów obserwacji. Jedna z nich polega na obserwowaniu jasnego pola. Światło wykorzystywane w tej metodzie jest po prostu światłem przechodzącym. W innej metodzie obserwuje się z kolei ciemne pole, także z wykorzystaniem światła przechodzącego. Kolejny sposób to obserwowanie ciemnego pola ale tym razem w świetle odbitym. Istnieje jeszcze metoda oparta na zjawisku interferencji oraz na kontraście fazowym.

Ważnym osiągnięciem dla techniki mikroskopowej było skonstruowanie pierwszego mikroskopu elektronowego. W takich mikroskopach następuje oświetlenie preparatu za pomocą skolimowanego strumienia przyspieszonych elektronów. Taka wiązka elektronów padając na preparat ujawnia swoje własności falowe i dzięki temu mogą być obserwowane efekty dyfrakcyjne. Następnie odbywa się przetwarzanie tych efektów na obraz. Ogniskowanie wiązki elektronów odbywa się w takich mikroskopach przy pomocy soczewek magnetycznych. Dzięki mikroskopom elektronowym można uzyskiwać powiększenia rzędu 250 tysięcy razy . 

Innym wynalazkiem pozwalającym na uzyskiwanie powiększeń nawet do pięciu milionów razy są mikroskopy jonowe. W takich mikroskopach nastąpiło zastąpienie wiązki elektronów jonami, głównie wodoru.

W innych mikroskopach z kolei próbkę oświetla się niskoenergetycznym promieniowaniem rentgenowskim.

Do roku 1986 największym osiągnięciem w zakresie mikroskopii był mikroskop elektronowy. Jednak nie sprawdzał się on w przypadku badania struktury kompleksów białek i kwasów nukleinowych. I właśnie do tego celu po raz pierwszy zastosowano elektronowa mikroskopię skaningową. Jest to przykład mikroskopii nieoptycznej. W mikroskopach skaningowych nie są stosowane do wytwarzania obrazu soczewki ale specjalne ostrza za pomocą których skanowana jest powierzchnia próbki. Ostrze to z reguły montuje się na ruchomym ramieniu. Podczas skanowania dochodzi do odchylenia ramienia pod wpływem oddziaływań między ostrzem a próbką. Stopień odchylenia zależy od topografii próbki. Ramię mikroskopu skaningowego może pracować zarówno w ośrodkach gazowych jak i ciekłych. Dlatego też można przeprowadzać badania w warunkach zbliżonych do fizjologicznych.

Dzięki takim mikroskopom można obserwować przedmioty o rozmiarach porównywalnych z rozmiarami atomów.

I na koniec ciekawostka. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Berkeley pracują nad skonstruowaniem mikroskopu o iście mikroskopijnych rozmiarach. Przewiduje się, ze dzięki takim urządzeniom będzie można obserwować wnętrza komórek podczas np. wnikania do nich leku. Szczególnie ważne wydaje się to być w przypadku komórek nowotworowych.

Pierwsze próby z wykorzystaniem mikroskopijnego mikroskopu powiodły się . Udało się dzięki niemu obejrzeć wnętrze komórki roślinnej. Trudno sobie nawet wyobrazić rozmiary takiego mikroskopu. Soczewki w nim wykorzystane są tysiąc razy mniejsze od tych w tradycyjnych mikroskopach. I co ciekawe zdjęcia otrzymane za pomocą takiego urządzenia nie różnią się od tych uzyskanych za pomocą zwykłego mikroskopu. Na razie porównywano obrazy dwuwymiarowe, jednak trwają prace nad obrazami trójwymiarowymi.

Wydaje się, że jeśli mikroskopijny mikroskop profesora Lee z Berkeley pomyślnie przejdzie wszystkie testy to zrewolucjonizuje stosowane metody diagnostyczne. Będzie go bowiem można wprowadzić do wnętrza organizmu i w dużym powiększeniu obserwować zmiany i procesy patologiczne.