虽然类似透镜的物体可以追溯到4000年前，并且在随后的许多世纪的光学著作中希腊人对充水球体的光学性质进行了描述(公元前5世纪)，但已知最早的的简单显微镜(放大镜)的使用要追溯到13世纪透镜在眼镜中的广泛使用。[2][3][4] 已知的最早的复合显微镜的例子出现在1620年左右的欧洲，这种显微镜将样品附近的物镜和目镜结合起来观察真实图像。[5] 尽管发明者并不为人知，多年来出现了许多围绕显微镜发明权的声明，有几个和荷兰的眼镜制造中心有关的争论，其中包括声称发明者是撒迦利亚·让桑(他的儿子声称)和/或撒迦利亚的父亲汉斯·马滕斯，[6][7] 以及声称显微镜是由他们的邻居和竞争对手眼镜制造商汉斯·李柏希(他在1608年申请了第一个望远镜ZL)在1590年发明的，另外还有声称显微镜是由移居国外的科内利斯·德雷贝尔发明的，他于1619年在伦敦被发现有另一个版本。[8][9] 伽利略·伽利雷(有时也被称为复合显微镜发明者)似乎在1610年后发现，他可以用望远镜近距离焦距观察小物体，并在看到1624年在罗马展出的由德雷尔制造的复合显微镜后，建造了自己的改进版本。[10][11][12] 乔瓦尼·费伯为伽利略于1625年提交给林肯大学的复合显微镜起了显微镜这个名字(伽利略称之为“occhiolino”或“小眼睛”)。[13]
1.1 现代光学显微镜的兴起
直到1644年，在贾姆巴蒂斯塔·欧迪纳的《德拉·莫斯卡的光之眼》中[14]，才出现了第一个基于显微镜的有机组织显微解剖的详细描述。
直到16世纪60年代和70年代，显微镜在很大程度上仍然是一种新事物，意大利、荷兰和英国的博物学家开始用显微镜研究生物学。意大利科学家马尔切洛·马尔皮吉，被一些生物学历史学家称为组织学之父，他开始了对肺部生物结构的分析。罗伯特·胡克的《微生物学》产生了巨大的影响，主要是因为它令人印象深刻的插图。安东尼·范·列文虎克也做出了重大贡献，他用简单的单透镜显微镜实现了300倍的放大，把一个非常小的玻璃球透镜夹在铆接在一起的两块金属板的孔之间，并用一个可调节的螺丝针固定样本。[15] 然后，范·列文虎克重新发现了红细胞(在简·斯瓦默达姆之后)和精子，并帮助普及了显微镜观察生物超微结构的应用方法。1676年10月9日，范·列文虎克报道了微生物的发现。[14]
光学显微镜的性能取决于聚光透镜系统的质量和正确使用，聚光透镜系统将光聚焦在样本上，物镜系统用于捕获来自样本的光并形成图像。[5] 早期的仪器受到许多限制，直到19世纪末20世纪初电灯成为光源，这一原理得到了充分的重视与发展。1893年8月，柯勒提出了样品照明的关键原理——柯勒照明，这是达到光学显微镜分辨率理论极限的关键。这种样本照明方法产生均匀的光线，并克服了早期样本照明技术所带来的有限对比度和分辨率。样品照明的进一步发展来自于弗里茨·塞尔尼克在1953年发现的相位对比度，以及乔治·诺曼斯基在1955年发现的差分干涉对比度照明；两者都允许对未染色的透明样品成像。
1.2 电子显微镜
恩斯特·鲁斯卡于1933年建造的电子显微镜。
在20世纪早期，光显微镜的一个重要替代物被开发出来，这是一种使用电子束而不是光来产生图像的仪器。德国物理学家恩斯特·罗斯卡(Ernst Ruska)与电气工程师马克斯·诺尔(Max Knoll)合作，于1931年开发了第一台原型电子显微镜——透射电子显微镜。透射电子显微镜的工作原理与光学显微镜相似，但是用电子代替光，用电磁铁代替玻璃透镜。使用电子而不是光，可以获得更高的分辨率。
透射电子显微镜是在1935年由马克斯·诺尔(Max Knoll)开发的扫描电子显微镜之后迅速发展起来的。[16] 虽然透射电子显微镜在二战前已被用于研究，并在二战后开始变得流行，但扫描电子显微镜直到1965年才开始商业化。
透射电子显微镜在第二次世界大战后变得流行起来。在西门子工作的恩斯特·罗斯卡(Ernst Ruska)开发了第一台商用透射电子显微镜，并在20世纪50年代开始举行关于电子显微镜的重大科学会议。1965年，查尔斯·奥茨利爵士和他的研究生加里·斯图尔特(Gary Stewart)开发了第一台商用扫描电子显微镜，剑桥仪器公司将其销售为“立体扫描仪”。
关于使用电子显微镜的最新发现之一是其识别病毒的能力。[17] 由于这种显微镜能产生可见、清晰的小细胞器图像，因此在电子显微镜中不需要试剂就可观察病毒或有害细胞，从而更有效地检测病原体。
1.3 扫描探针显微镜
1981年到1983年间，格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔在瑞士苏黎士的国际商用机器公司研究量子隧道现象。他们发明了一种实用的仪器：一种基于量子隧道理论的扫描探针显微镜，利用它可以读取探针和样品表面之间非常小的相互作用力。由于探针非常接近表面，电子可以在探针和样品之间连续流动从而产生从样品表面到探针的电流。由于基础理论的复杂性，显微镜最初并没有得到广泛接受。1984年，杰瑞·特索夫和戴德·哈曼在新泽西默里山的AT&T贝尔实验室发表文章，将理论与仪器获得的实验结果联系起来。紧接着，1985年，功能性商用仪器问世，1986年，格尔德·宾宁、夸特和戈贝尔发明了原子力显微镜，随后宾尼格和罗勒因为SPM而获得了诺贝尔物理学奖。[18]
随着加工超细探针和针尖能力的提高，新型扫描探针显微镜不断发展。
1.4 荧光显微镜
荧光显微镜，滤光立方体转台位于物镜上方，配有照相机。
光学显微镜的最新发展主要集中在生物学中荧光显微镜的兴起。 在20世纪最后几十年，特别是在后基因组时代，发展了许多细胞结构荧光染色技术。 主要的技术组包括特定细胞结构的靶向化学染色，例如，用化合物DAPI标记DNA，与荧光报道基因结合的抗体的应用，例如免疫荧光，以及荧光蛋白，如绿色荧光蛋白。 这些技术使用不同的荧光团在分子水平上分析活样品和固定样品的细胞结构。
荧光显微镜的兴起推动了一种主要的现代显微镜——共焦显微镜的发展。该原理于1957年获得马文·明斯基ZL，尽管激光技术限制了该技术的实际应用，直到1978年，托马斯和克里斯托弗·克雷默才开发出第一台实用的共焦激光扫描显微镜，这项技术在20世纪80年代迅速普及。
1.5 超分辨率显微镜
目前许多关于光学显微镜技术的研究(在21世纪早期)集中在荧光标记样品的超分辨率分析的发展上。结构照明可以将分辨率提高大约2到4倍，像受激发射损耗(STED)显微镜技术正在接近电子显微镜的分辨率，[19] 这是因为衍射极限来自于光或由激发产生，使得分辨率必须加倍才能达到超饱和。斯特凡·赫尔和埃里克·白兹格、威廉·摩尔纳因STED对技术发展的贡献获得了2014年诺贝尔化学奖，他们将荧光显微镜用于单分子可视化。[20]
1.6 x光显微镜
x光显微镜是使用电磁辐射的仪器，通常在软x光波段对物体成像。20世纪70年代早期，x光透镜光学技术的进步使该仪器成为可行的成像选择。[21] 它们经常被用于断层摄影(见微型计算机断层摄影)，以产生物体的三维图像，包括尚未化学固定的生物材料。目前关于改善具有更大穿透力的硬x光的光学性能的研究正在进行中。[21]
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