Valomikroskooppi, jota kutsutaan myös optiseksi mikroskoopiksi, on väline pienten esineiden havaitsemiseen näkyvän valon ja linssien avulla. Se on tiedeyhteisössä erittäin käytetty ja tunnustettu mikroskooppi. Laitetta voidaan käyttää elävien tai kuolleiden näytteiden tarkastelemiseen, ja ne voivat maksimoida näytteet jopa tuhat kertaa (1,000x) niiden todellisesta koosta. Valomikroskoopit sisältävät lähes kaikki yhdistelmä- ja stereomikroskoopit.
Tämäntyyppinen mikroskooppi koostuu objektiivilinssistä, silmälinssistä, näyttämöstä, valonlähteestä, lauhduttimesta, putkesta, putkea tukevasta varresta ja tarkennusjärjestelmästä. Näyte asetetaan lavalle, tasolle, joka on yleensä varustettu metallivarsilla pitämään näyte tai liukumäki paikallaan. Lamppu sijaitsee lavan alla niin, että valo loistaa näytteen läpi. Putki keskittyy alas lavalle niin, että silmälinssi tai okulaari on putken kaukaisessa päässä ja objektiivi on lähempänä näytettä.
Objektiivilinssi on pieni, pyöreä lasipala, joka kerää valon näytteen pieneltä alueelta lyhyellä polttovälillä ja ohjaa valon putkeen. Tämän jälkeen kuvaa suurentaa silmälinssi, joka asetetaan silmään. Koska objektiivilinssi on kupera, se tarkentaa ja ohjaa valon keskelle. Sitä vastoin silmän linssin kovera muoto levittää valoa silmää kohden ja tekee siitä suuremman. Lauhdutin on linssi, joka usein istutetaan lavalle tai sijaitsee aivan sen alapuolella, joka tiivistää valonlähteen valonsäteet paikalle, jota tutkitaan yllä olevassa näytteessä.
Yksinkertainen valomikroskooppi käyttää vain yhtä suurennuslasia, mutta nykyään useimmat mikroskoopit käyttävät kahta tai useampaa linssiä suurentaakseen kuvaa. Useimmat mikroskoopit ovat nykyään yhdistelmämikroskooppeja, joissa käytetään useampaa kuin yhtä suurennuslasia. Okulaari suurenee tyypillisesti 2x, 4x tai 10x todelliseen kokoon ja silmälinssi voi suurentaa 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 50x ja 100x. Mikroskoopissa on yleensä kolme eri suurennustasolla varustettua silmälinssiä, jotka on asetettu pyörivään nenäkappaleeseen. Näytteitä voidaan tarkastella myös öljyn upotuksessa neljännellä linssillä, jolloin lasille asetetaan öljypisara valon taittamiseksi edelleen ja öljyn upotuslinssi lasketaan alas, kunnes se koskettaa öljypisaraa.
Roomalaiset löysivät lasin suhteen suurennokseen ja linssien käsitteen ensimmäisellä vuosisadalla. AD -linssit otettiin lopulta käyttöön 1200 -luvun lopussa silmälaseina. Tämä on saattanut luoda näyttämön hollantilaisille silmälasien valmistajille Zacchariasille ja Hans Jannsenille, jotka vuonna 1590 sanovat keksineensä ensimmäisen yhdistemikroskoopin kokeilemalla useita linssit putkessa. Jannsensin tätä keksintöä koskevan väitteen pätevyys on kuitenkin kiistanalainen. Monet historioitsijat kunnioittavat toscanalaista tiedemiestä Galileo Galileia yhdistelmämikroskoopin ja teknisesti samankaltaisten teleskooppien kehittämisestä 1600 -luvun alussa.
Myöhemmin hollantilainen myymäläoppilas Anton Von Leeuwenhoek kehitti linssinvalmistuksen pienen linssin jyrkän kaarevuuden saavuttamiseksi, jolloin hän pystyi keskittymään paljon pienempiin yksilöihin kuin koskaan ennen. Häntä kutsutaan usein mikroskopian isäksi, koska hän esitteli mikroskoopin tärkeänä välineenä biologian alalla. Muiden löytöjen lisäksi Anton Von Leeuwenhoek näki ensimmäisenä bakteerit, hiivan ja organismit vesipisarassa.