1590年前后，荷兰米德尔堡的眼镜匠詹森（H.Janssen）发明晰世界上第一台光学显微镜，显微镜由凸透镜和双凹透镜组成，前者为物镜，后者为目镜。
1610年前后，意大利物理学家伽利略率先把显微镜用于科学研究，他用显微镜调查了昆虫的器官。17世纪60年代，英国科学家罗伯特·胡克改进了复式显微镜，并发现了植物细胞结构。17世纪70年代，荷兰商人列文虎克磨制出了一个扩大500倍的镜片，他借此成为第一个发现微生物的人。
光学显微镜导致了微生物学、细胞学的诞生，科学家们借助于显微镜获得了一系列重要的科学发现。但由于受光的波长约束，光学显微镜的扩大率最高只能到达2000倍。
1932年，德国物理学家鲁斯卡（E.Ruska，1906-1988）依据电子光学原理，用电子束和电子透镜替代光束和光学透镜，制作出世界上第一台透射式电子显微镜。1933年，卢斯卡制成了二级扩大的电子显微镜，扩大倍率达1万倍。
1978年，德国物理学家比尼格（G.Binnig，1947- ）和瑞士物理学家罗雷尔（H.Rohrer，1933- ）从理论上证明了使用“电子地道效应”原理制作电子显微镜的可能性，它的扩大倍率可达3亿倍。他们在1982年制作出世界上第一台扫描式地道显微镜。
