Mikroskopets historia är ganska lång och spänner över många olika kulturer och århundraden. Det kan vara svårt att peka ut mikroskopets tidiga historia, helt enkelt för att det som med rätta kan betraktas som ett mikroskop är öppet för någon tolkning. Ändå är det en rik och historia, och kan fortfarande ses idag i arvet från fysiska antika mikroskop, som fungerar som samlarföremål för många forskare.
Tidiga linser kan hittas så långt tillbaka som på 7-talet f.Kr. i Assyrien, där polerade kristaller användes. Den mest kända av dessa är den så kallade Nimrud-linsen, som finns vid Nimruds palats. Den här linsen kunde mycket väl ha använts som ett förstoringsglas, som på många sätt är ett enkelt mikroskop, eller så kan den helt enkelt ha använts som en lins för att starta eld med solljus. Vissa människor tror till och med att Nimrud-linsen var en del av ett mycket grundläggande teleskop, som hjälpte assyrierna i deras komplexa förståelse av astronomi.
På 10-talet revolutionerade den islamiske vetenskapsmannen Ibn al-Haytham studiet av optik och gav bidrag till ett brett spektrum av områden, inklusive att formulera en vetenskaplig metod. I sin framträdande text, Book of Optics, talar han om ”en förstoringsanordning, en konvex lins som bildar en förstorad bild.” Denna beskrivning kan ses som ett tidigt exempel på ett formellt förstoringsglas eller mikroskop. Under medeltiden användes dessa typer av anordningar i stor utsträckning, inklusive i klostereuropa i form av lässtenar, som var centrala i mikroskopets historia eftersom det var genom daglig användning som det upptäcktes mer grunda linser förstorade med större effektivitet.
I slutet av 16-talet, i Holland, började ett antal olika glasögontillverkare tillverka vad som kan ses som den direkta förfadern till det moderna mikroskopet. Alla tre har krediterats för dess uppfinning, och vem som var den första att skapa ett mikroskop är upp till en diskussion. En av dessa uppfinnare, Hans Lippershey, är också krediterad för att ha uppfunnit det första riktiga teleskopet, vilket gör honom till en trolig kandidat. De andra två, Hans Janssen och hans son Zacharias, var båda aktiva i optikens värld och kunde troligen också ha skapat ett mikroskop. Själva termen myntades dock först runt 1625, för att beskriva Galileo Galileis sammansatta mikroskop.
Under hela 18-talet var mikroskopets historia en av ständiga förfiningar. Med flera glasögon som används för att minska kromatiska aberrationer och nya sliptekniker som möjliggör ännu större förstoringar, fortsatte mikroskopet att bli mer och mer kraftfullt. I slutet av 19-talet hade Ernst Abbe angett de teoretiska maximivärdena för mikroskopupplösning, i sitt framstående verk Abbe Sine Condition.
20-talet såg de största sprången i mikroskopets historia, som började med utvecklingen av mikroskop som kunde se föremål som var mindre än ljusets våglängder, av Richard Zsigmondy, som senare vann Nobelpriset i kemi. År 1932 hade detta förbättrats genom skapandet av faskontrastmikroskopet, vilket gjorde det möjligt att se föremål som inte hade någon färg, vilket Frits Zernike vann Nobelpriset i fysik för 1953. Ungefär samtidigt uppfanns elektronmikroskopet, vilket möjliggjorde för mycket, mycket större förstoringar, ner till atomnivå, som Ernst Ruska vann Nobelpriset i fysik för 1986.
Senast uppfann Gerd Binnig och Heinrich Rohrer det skanande tunnelmikroskopet, som möjliggör inte bara förstoring av objekt ner till atomnivå, utan för att se dem i tre dimensioner. För uppfinningen av detta modernaste mikroskop tilldelades Binnig och Heinrich Nobelpriset i fysik, också 1986.