Seu nome vem da combinação das palavras gregas "mikros" (pequeno) e "skopein" (olhar ou ver). Microscópio é instrumento para visualizar objetos pequenos demais para visão humana. Lupa, óculos e lentes de vidro são predecessores, pois buscavam expandir possibilidades da visão humana.
Primeiro microscópio foi inventado em 1590. Aproveitando inovações feitas até então e experiência no negócio de fabricação de óculos, a dupla pai-e-filho Hans e Zacharias Jansen (ou apenas um, dependendo do relato histórico questionável) colocou uma lente em cada extremidade de um tubo e descobriu que objetos eram ampliados — muito mais que pelos óculos que produziam. A ferramenta ganhou nome do médico Giovanni Faber (1574-1629) em 1625 ao observar seu amigo Galileo Galilei (1564-1642) usá-lo em experimentos. Nessa época, várias oficinas já estavam estabelecidas na Europa para fabricar a nova invenção.
No século XVIII, o microscópio foi muito aprimorado e usado em várias aplicações como ferramenta científica. Robert Hooke (1635-1703) usou-o para descobrir a unidade básica da vida e cunhou o termo "célula", publicando em "Micrographia" (1665). Fabricante Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) desenvolveu lentes com distâncias focais menores para aumentar ampliação, inovação que auxiliou sua descoberta de bactérias, sistemas capilares e ciclos de vida de insetos, ganhando reputação de possível primeiro microbiologista. Título "Pai da Microscopia" é geralmente compartilhado entre Hooke e van Leeuwenhoek.
Meados do século XIX trouxeram melhorias mecânicas: criação de platinas e lâminas para amostras, e desenvolvimento de lentes objetivas para controlar ampliação e resolução. Figuras-chave: cirurgião Joseph Lister (1827-1912), que usou várias lentes fracas a certas distâncias para ampliação aceitável sem desfocar amostra, e físico Ernst Abbe (1840-1905), que introduziu importância da resolução. Microscópios passaram a ser produzidos em massa principalmente na Alemanha e EUA.
Em 1903, Richard Zsigmondy (1865-1929) desenvolveu o ultramicroscópio, permitindo estudar objetos abaixo do comprimento de onda da luz. Em 1932, Fritz Zernike (1888-1966) inventou microscópio de contraste de fase para materiais biológicos incolores e transparentes. Em 1938, Ernst Ruska (1906-1988) desenvolveu microscópio eletrônico. E físicos Gerd Binnig (n. 1947) e Heinrich Rohrer (n. 1933) inventaram microscópio de tunelamento/varredura para ver objetos no nível atômico.
Hoje, o microscópio — do mais simples aos designs mais sofisticados — é uma das ferramentas mais indispensáveis na ciência.