Mikroskopo istorija gana ilga, apimanti daugybę skirtingų kultūrų ir šimtmečių. Gali būti sunku tiksliai nustatyti ankstyvąją mikroskopo istoriją vien todėl, kad tai, ką galima teisingai laikyti mikroskopu, gali būti interpretuojama. Nepaisant to, tai turtinga istorija, kurią galima pamatyti ir šiandien fizinių antikvarinių mikroskopų, kurie daugeliui mokslininkų yra kolekcionieriai, palikime.
Ankstyvųjų lęšių galima rasti dar VII amžiuje prieš Kristų Asirijoje, kur buvo naudojami poliruoti kristalai. Garsiausias iš jų yra vadinamasis Nimrudo lęšis, rastas Nimrudo rūmuose. Šis objektyvas galėjo būti naudojamas kaip didinamasis stiklas, kuris daugeliu atžvilgių yra paprastas mikroskopas, arba jis galėjo būti tiesiog naudojamas kaip lęšis, skirtas saulės spinduliams uždegti. Kai kurie žmonės netgi mano, kad Nimrudo objektyvas buvo labai paprasto teleskopo dalis, padedanti asirams sudėtingai suprasti astronomiją.
10 amžiuje islamo mokslininkas Ibn al-Haytham padarė revoliuciją optikos tyrime ir prisidėjo prie įvairių sričių, įskaitant mokslinio metodo suformulavimą. Savo pagrindiniame tekste „Optikos knyga“ jis kalba apie „didinamąjį įtaisą, išgaubtą lęšį, formuojantį padidintą vaizdą“. Šis aprašymas gali būti vertinamas kaip ankstyvas formalaus didinamojo stiklo ar mikroskopo pavyzdys. Viduramžiais tokio tipo prietaisai buvo plačiai naudojami, įskaitant vienuolynų Europoje skaitymo akmenis, kurie buvo labai svarbūs mikroskopo istorijoje, nes kasdien naudojant buvo atrasta daugiau seklių lęšių, padidintų efektyviau.
XVI amžiaus pabaigoje Olandijoje daugybė skirtingų akinių gamintojų pradėjo gaminti tai, kas gali būti laikoma tiesioginiu šiuolaikinio mikroskopo protėviu. Visiems trims buvo pripažintas jo išradimas, o kas pirmasis sukūrė mikroskopą, galima diskutuoti. Vienas iš šių išradėjų Hansas Lippershey’us taip pat yra priskiriamas pirmojo tikrojo teleskopo išradimui, todėl jis yra tikėtinas kandidatas. Kiti du, Hansas Janssenas ir jo sūnus Zacharias, abu buvo aktyvūs optikos pasaulyje ir tikriausiai galėjo sukurti mikroskopą. Tačiau pats terminas buvo sukurtas tik apie 16 m., siekiant apibūdinti Galilėjaus Galilėjaus sudėtinį mikroskopą.
Visą XVIII amžių mikroskopo istorija buvo nuolat tobulinama. Naudojant kelis stiklus, siekiant sumažinti chromatines aberacijas, ir naudojant naujus šlifavimo būdus, leidžiančius dar didesnį padidinimą, mikroskopas ir toliau tapo vis galingesnis. Iki XIX amžiaus pabaigos Ernstas Abbe savo pagrindiniame darbe „Abbe Sine Condition“ išdėstė teorinius mikroskopo skiriamosios gebos maksimumus.
XX amžiuje įvyko didžiausias šuolis mikroskopo istorijoje, pradedant nuo mikroskopų, galinčių matyti objektus, mažesnius už šviesos bangos ilgį, sukūrimo, kurį sukūrė Richardas Zsigmondy, vėliau pelnęs Nobelio chemijos premiją. Iki 20 m. tai buvo patobulinta sukūrus fazinio kontrasto mikroskopą, leidžiantį apžiūrėti bespalvius objektus, už kuriuos Fritsas Zernike’as 1932 m. laimėjo Nobelio fizikos premiją. Maždaug tuo pačiu metu buvo išrastas elektroninis mikroskopas, leidžiantis daug, daug didesnių padidinimų iki atominio lygio, už kurį Ernstas Ruska 1953 m. laimėjo Nobelio fizikos premiją.
Visai neseniai Gerd Binnig ir Heinrich Rohrer išrado skenuojantį tunelinį mikroskopą, kuris leidžia ne tik padidinti objektus iki atominio lygio, bet ir peržiūrėti juos trimis matmenimis. Už šio moderniausio mikroskopo išradimą Binnig ir Heinrich buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija, taip pat 1986 m.