早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。但直到15世纪中叶，现代意义上的单式显微镜才开始出现。只有一个镜片的单式显微镜也就是人们现在俗称的“放大镜”。它的起源是从使用透镜观察昆虫之时算起的。1625年，斯泰卢蒂用5倍和10倍的单式显微镜详细描绘了蜜蜂各部分的图形，由意大利猞猁学院出版，这是有关显微镜研究的第一部著作。

　　由两个透镜组成的复式显微镜，其发明者直到现在尚不能完全确定。英国人迪格斯在其父亲的《缩放术》一书的前言中指出，将凸透镜和凹透镜组合以增大放大率。

　　但人们一般认为，荷兰的詹森父子才是现代复式显微镜的发明者。扎哈里耶斯·詹森在直径约5厘米、长约30厘米的三节锡管的两端，分别装上凸透镜和凹透镜，组合成了一台复式显微镜。另一位荷兰人德雷贝尔约在同时期设计了一个更好的仪器，因此伽利略将显微镜的发明权归之于他。但他们并没有用这些仪器做过任何重要的观察。

　　天文学家开普勒在1611年的《屈光学》一文中阐明了显微镜的光学原理。1625年意大利的费伯将此仪器称为“microscope”。

　　显微镜真正在科学上的应用，还要归功于一个科学家和一个博物学家。科学家指的是意大利的伽利略，他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。

　　博物学家则是荷兰亚麻织品商人列文虎克，他自己学会了磨制透镜，第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。由此成为制造显微镜并将它用于生物观察的最重要的人物之一。列文虎克的一生共留下了247个显微镜和172个透镜。其中最小的焦距只有5毫米左右，直径不到3.2毫米，其放大率可达300倍，分辨率为1微米。凭借这些显微镜，列文虎克成为了显微镜学家和微生物学的开拓者。

　　这一切发生的时间，恰逢明末清初西学东渐开始兴起的时期。在此期间，大量来自西方的“奇器”传入中国，这使得中国人对显微镜的认识并未太迟滞于西方世界。

　　李约瑟认为，我国孙云球制作的“察微镜”是复式显微镜。我国黄履庄于1675年至1685年期间也制造过显微镜。我国使用“显微镜”一词，就目前所知，最早出现于李渔成书于1658年的小说《十二楼·夏宜楼》中。在这本书中，他写道：“大似金钱，下有三足，以极微、极细之物，置于三足之中，从上视之，即变为极宏、极巨。虮虱之属，几类犬羊;蚊虻之属，有同鹳鹤;并虮虱身上之毛，蚊虻翼边之彩，都觉得根根可数，历历可观，所以叫作显微，以其能显至微之物而使之光明较著也”。李渔所说的乃是单式显微镜，因为书中所说的“大似金钱，下有三足”，与现今的座式放大镜大致相似。

　　虽然显微镜传入中国的确切时间已无从考证，但可以肯定的是，1687年，法国国王路易十四派来中国的传教士向康熙皇帝进献了不少“奇珍异宝”，其中就有显微镜。

　　整个康雍乾时期，由外国传教士带入中国的显微镜并不在少数。然而其应用，始终未能从“奇技淫巧”走向科学研究。从乾隆皇帝的《咏显微镜》一诗中，这种当时只是视显微镜为把玩之物的风气可见一斑：玻璃制为镜，视远已堪奇。

　　何来僾逮器，其名曰显微。

　　能照小为大，物莫遁毫厘。

　　远已莫可隐，细有鲜或遗。

　　我思水清喻，置而弗用之。

　　直至光绪年间，随着显微镜的介绍日渐增多，国人才逐渐对显微镜有了更深的了解。英国传教士傅兰雅对此做了很多工作，在其主编的《格致汇编》中，曾有一篇文章——《释显微镜》——专门介绍了显微镜的用途、结构、工作原理。如果说望远镜的出现改变了人类对宇宙的认识，那么显微镜的出现则将人类带入了细胞时代。与中国近代科学的大命运相似，显微镜的传入并没有使中国凭借西学东渐之风完成近代科学革命，它在中国近代医学与生命科学中的真正使命直到民国时代才得以完成。