它的發明源於一個頑皮的荷蘭少年——查·詹森，因為父親眼鏡師職業的特殊緣故，鏡片成了詹森擺弄的玩物。一天，他無意中把兩片大小不同的凸透鏡重疊在一起，當移動至某一距離時，突然發現，原本很小的東西一下子被放大了很多倍。詹森被這個奇怪的現象吸引住了，他不斷地調整變換著兩片凸透鏡的位置，發現物體有時能夠被放大許多倍，有時卻不大清楚。
詹森隨即把這個奇怪的現象告訴了父親，父親也產生了興趣。父子兩人立即動起手來，他們用薄鐵片卷了兩個不同口徑的鐵筒，把兩個凸透鏡分別裝在大小鐵筒上，然後把兩個鐵簡套在一起，讓小鐵簡在大鐵筒裏滑動，利用鐵筒的滑動來調整透鏡的距離，從而得到更加清晰的成像。這樣，世界上第一台顯微鏡誕生了。
1610年，科學家伽利略首次將顯微鏡運用到科學實驗中，他先將顯微鏡作了一番改進，然後用來研究昆蟲的生理解剖結構，並試圖推廣這種利用凸透鏡的新儀器。然而，伽利略的努力並沒有引起人們的重視。
光學顯微鏡的發明
一直到90多年後，荷蘭人列文虎克才成功研製出真正意義上的顯微鏡，並且開始用於科學研究。與詹森的發現相似，列文虎克發明顯微鏡也是極富偶然性的。
1632年，列文虎克出生於荷蘭的德爾夫特市，他對新奇事物充滿了強烈的興趣，盡管從沒接受過正規的科學訓練。一次，他從朋友那裏聽說荷蘭最大的城市阿姆斯特丹的眼鏡店可以磨製放大鏡，這種放大鏡可以看得見肉眼看不見的東西。他好奇心一下子被激發出來了，由於價格太高而買不起。從此，他經常出入眼鏡店，認真觀察鏡片磨製的方法，並暗暗地學習著鏡片磨製的技術。
功夫不負苦心人。1665年，一塊直徑隻有0．3厘米的小透鏡終於在列文虎克的手中產生，列文虎克做了一個架，把這塊小透鏡鑲在架上，又在透鏡下邊裝了一塊銅板，上麵鑽了一個小孔，以便光線從這裏射進繼而反射。這樣，列文虎克成功研製了第一台顯微鏡。由於他的磨製高倍鏡片的精湛技術，其製成的顯微鏡的放大倍數，比當時世界上已有的任何顯微鏡還要大。
然而，列文虎克並沒有滿足於眼前的成績，他繼續下功夫改進顯微鏡，進一步提高其性能，以便對神秘的微觀世界進行更好地觀察了解。為此，他不惜辭退工作，一門心思研製顯微鏡。幾年後，他所研製的顯微鏡能把物體放大到300倍。
1675年的一個雨天，列文虎克從院子裏舀了一杯雨水放在顯微鏡下。顯微鏡下的水滴中蠕動著許多奇形怪狀的小生物，而且數量大得驚人。在一滴雨水中，這些小生物的數量是當時全荷蘭的人數的許多倍。後來，列文虎克又陸續發現了紅血球和酵母菌，成為世界上第一個微生物世界的發現者，列文虎克因此被吸收為英國皇家學會的會員。
顯微鏡的發明和列文虎克的研究工作，帶來了全所未有的生物學觀念。人們從顯微鏡中發現，所有的傳染病都是由特定的細菌引起的。這就促成了抵抗疾病的健康檢查、種痘和藥物研製的成功。
與世界上的任何發明一樣，最初的顯微鏡並非十全十美。一直到1725年，柯貝別爾氏對顯微鏡進行了一次改造：把燈光換成了反光鏡，鑿洞的桌子改成了帶洞的載物台。這樣，在外形、性能等各方麵，顯微鏡較之前又提高了一大步。
顯微鏡的發明引起了人們足夠的重視，發展到後來，又有了台座式顯微鏡。1744年，卡爾佩拍設計了第一台現代顯微鏡的先驅—這是一台三隻腳的台座式顯微鏡。
我們知道，望遠鏡具有象差和色差兩大缺陷，這也是顯微鏡的致命弱點所在。著名科學家牛頓攻克了望遠鏡象差和色差這道難關，而攻克顯微鏡象差和色差的則是後利斯特，他是一位葡萄酒製造商，同時又是個顯微鏡愛好者。這樣，細小的物體不但能放得很大，而且能被看得很清楚，顯微鏡的實用功能再一次得到提高。
進入實用階段後，顯微鏡開始走進科研機構和學校實驗室。於是，光學製造商人瞄準商機，將顯微鏡投入大批生產，並且互相競爭，這也導致了顯微鏡的質量上的精益求精。
電子顯微鏡的發明
前麵講的都是普通光學顯微鏡，它是通過提高和改善透鏡的性能，使放大率達到1000－1500倍左右，然而2000倍一直是一個邁不過去的坎。這是受了普通光學顯微鏡的放大能力受光的波長的限製。光學顯微鏡是利用光線來看物體，如果物體的尺寸小於光的波長，光就會“繞”過去，我們也就無法看到物體了。理論研究結果表明，普通光學顯微鏡的分辨本領不超過0．02微米。有人采用波長比可見光更短的紫外線，然而放大能力也僅僅再提高一倍左右。
組成物質的最小單位是原子，要想看到它，光學顯微鏡的分辨本領還差3－4個量級。如何研製出功能更強的顯微鏡，以便從更高的層次上研究物質的結構呢？
有人另辟蹊徑，設想用波長比紫外線更短的X射線的透鏡。
20世紀20年代，法國科學家德布羅意發現電子流也具有波動性，其波長與能量存在能量越大波長越短的關係，比如加速後的電子學1000伏特的電場其波長是0．388埃，用10萬伏電場加速後波長縮小到0．0387埃。於是，科學家們靈光一閃：是否可以用電子束來代替光波？電子顯微鏡即將誕生的先兆在這裏呱呱墜地。
目前的問題是，用電子束來製造顯微鏡，找到能使電子束聚焦的透鏡是關鍵點，光學透鏡是無法會聚電子束的。
1926年，德國科學家蒲許指出：“具有軸對稱性的磁場對電子束來說起著透鏡的作用。”這一關於電子在磁場中運動的觀點從理論上解決了電子顯微鏡的透鏡問題，因為對電子束來說，磁場顯示出透鏡的作用，“磁透鏡”一稱由此而來。
1932年，德國柏林工科大學的年輕研究員盧斯卡製作了第一台電子顯微鏡—這是一台經過改進的陰極射線示波器，它成功地得到了銅網的放大像——第一次由電子束形成的圖像，加速電壓為7萬，最初放大率僅為12倍。盡管放大率微不足道，但是使用電子束和電子透鏡可形成與光學像相同的電子像這一論點得到了證實。
鍥而不舍盧斯卡在一次又一次地改進後，終於在1933年製成了二級放大的電子顯微鏡，獲得了金屬箔和纖維的1萬倍的放大像。1937年，應西門子公司的邀請，盧斯理建立了超顯微鏡學實驗室。1939年西門子公司製造出分辨本領達到30埃的實用電子顯微鏡，這也是世界上最早的，不久，實用電子顯微鏡開始批量生產。
人類的洞察能力因為電子顯微鏡的出現而提高了好幾百倍，不僅病毒能夠被看到，而且一些大分子也可以被看到，即使經過特殊製備的某些類型材料樣品裏的原子，也能夠被看到。
然而，人類研究微觀世界的腳步並沒有停止。但是，由於電子顯微鏡本身的設計原理和現代加工技術手段的限製，目前它的分辨本領已經接近極限。進一步研究比原子尺度更小的微觀世界，還有待概念和原理上的根本突破。
1978年，德國學者賓尼格和瑞士學者羅雷爾係統地論證了一種新的物理探測係統——掃描隧道顯微鏡，1982年，掃描隧道顯微鏡研製成功。這種新型的顯微鏡，放大倍數可達3億倍，最小可分辨的兩點距離為原子直徑的1／10，也就是說它的分辨率高達0．1埃。
由於盧斯卡在電子顯微鏡的發明上作出的卓越貢獻，加上賓尼格、羅雷爾設計製造掃描隧道顯微鏡的偉大業績，1986年，諾貝爾物理獎經由瑞典皇家科學院授予他們三人。