Mikroskoopin historia on melko pitkä, ja se kattaa monia eri kulttuureja ja vuosisatoja. Mikroskoopin varhaisen historian määrittäminen voi olla vaikeaa yksinkertaisesti siksi, että se, mitä voidaan oikein pitää mikroskooppina, on tulkinnanvarainen. Siitä huolimatta se on rikas ja kerrostettu historia, ja se näkyy edelleen nykyään fyysisten antiikkimikroskooppien perinnössä, jotka toimivat keräilykappaleina monille tutkijoille.
Varhaisia linssejä löytyy jo 7. vuosisadalta eaa Assyriasta, jossa käytettiin kiillotettuja kiteitä. Tunnetuin näistä on Nimrudin palatsista löydetty niin kutsuttu Nimrud-linssi. Tätä linssiä olisi voitu hyvin käyttää suurennuslasina, joka on monella tapaa yksinkertainen mikroskooppi, tai sitä on voitu käyttää yksinkertaisesti linssinä sytyttämään tulipaloja auringonvalolla. Jotkut jopa uskovat, että Nimrud -linssi oli osa hyvin yksinkertaista teleskooppia, joka auttoi assyrialaisia heidän monimutkaisessa tähtitieteen ymmärtämisessään.
10. vuosisadalla islamilainen tiedemies Ibn al-Haytham mullisti optiikan tutkimuksen ja antoi panoksensa monille aloille, mukaan lukien tieteellisen menetelmän muotoilu. Päätekstinsä Book of Optics puhuu ”suurennuslaitteesta, kupera linssi, joka muodostaa suurennetun kuvan”. Tätä kuvausta voidaan pitää varhaisena esimerkkinä muodollisesta suurennuslasista tai mikroskoopista. Keskiajalla tällaisia laitteita käytettiin laajalti, myös luostarieuroopassa lukukivien muodossa, jotka olivat keskeisiä mikroskoopin historiassa, koska jokapäiväisessä käytössä löydettiin enemmän matalia linssejä suurennettuna tehokkaammin.
16 -luvun lopulla Hollannissa useat eri silmälasien valmistajat alkoivat tehdä sitä, mitä voidaan pitää modernin mikroskoopin suorana esi -isänä. Kaikille kolmelle on myönnetty sen keksintö, ja kuka loi ensimmäisenä mikroskoopin, on jonkin verran keskustelua. Yksi näistä keksijöistä, Hans Lippershey, on myös ansioitunut ensimmäisen todellisen kaukoputken keksimisessä, mikä tekee hänestä todennäköisen ehdokkaan. Kaksi muuta, Hans Janssen ja hänen poikansa Zacharias, olivat molemmat aktiivisia optiikan maailmassa, ja he olisivat myös luoneet mikroskoopin. Termi itse keksittiin kuitenkin vain noin vuonna 1625 kuvaamaan Galileo Galilein yhdistemikroskooppia.
Koko 18 -luvun ajan mikroskoopin historia oli yksi jatkuvista parannuksista. Kromaattisten poikkeamien vähentämiseksi käytettiin useita lasia ja uusia jauhatustekniikoita, jotka mahdollistivat vielä suurempia suurennuksia, mikroskoopista tuli yhä tehokkaampi. 19 -luvun loppuun mennessä Ernst Abbe oli asettanut teoreettiset maksimit mikroskoopin resoluutiolle teoksessaan Abbe Sine Condition.
20 -luvulla tapahtui mikroskoopin historian suurimmat harppaukset, alkaen mikroskooppien kehittämisestä, jotka pystyivät katsomaan valon aallonpituuksia pienempiä esineitä, Richard Zsigmondy, joka voitti myöhemmin kemian Nobel -palkinnon. Vuoteen 1932 mennessä tätä oli parannettu luomalla vaihekontrastimikroskooppi, jonka avulla voit katsella esineitä, joilla ei ollut väriä, ja Frits Zernike voitti fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 1953. Samoihin aikoihin keksittiin elektronimikroskooppi paljon suuremmille suurennuksille, atomitasolle asti, josta Ernst Ruska voitti fysiikan Nobel -palkinnon vuonna 1986.
Viimeksi Gerd Binnig ja Heinrich Rohrer keksivät skannaavan tunnelomikroskoopin, joka mahdollistaa paitsi kohteiden suurennuksen atomitasolle, myös niiden katsomisen kolmiulotteisesti. Tämän modernimman mikroskoopin keksimisestä Binnig ja Heinrich saivat fysiikan Nobel -palkinnon myös vuonna 1986.