Istnieją wątpliwości co do tego kiedy powstał 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.

Pierwszym mikroskopom daleko było do doskonałości. Stąd ich nazwa mikroskopy proste. 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 mikroskopów nieoptycznych należy także mikroskop skaningowy. W takich mikroskopach wykorzystuje się sondę skanującą, która przesuwa się nad preparatem. Istniej kilka typów mikroskopów skaningowych. Niektóre z nich wykorzystują wiązki elektronów, a inne dokonują rejestracji prądu, który płynie w obszarze między preparatem a sondą. Jest to możliwe dzięki istnieniu efektu zwanego tunelowym.

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