早在公元前壹世紀，人們就已經發現，通過球形透明物體觀察微小物體時，可以將圖像放大。後來我逐漸認識到球面玻璃的表面能放大物體圖像的規律。
在1590中，荷蘭和意大利的眼鏡制造商已經建造了類似於顯微鏡的放大儀器。大約在1610年前，意大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠鏡時，改變了物鏡和目鏡之間的距離，獲得了合理的顯微鏡光路結構。當時，光學工匠們紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進工作。
17世紀中期，英國的胡克和荷蘭的萊文·胡克都對顯微鏡的發展做出了傑出的貢獻。大約在1665年，胡克在顯微鏡上增加了粗、細調焦機構、照明系統和承載標本切片的工作臺。這些部件經過不斷改進，成為現代顯微鏡的基本部件。
1673 ~ 1677期間，萊文·胡克制作了壹臺單組分放大鏡高倍顯微鏡，其中有9臺保存至今。胡克(Hook)和萊文·胡克(Levin Hook)利用自己的顯微鏡研究動植物的顯微結構，取得了卓越的成就。
19世紀，高質量消色差浸沒式物鏡的出現，大大提高了顯微鏡觀察精細結構的能力。1827 Ameche最早采用沈浸式鏡頭。19年70年代，德國阿貝奠定了顯微鏡成像的經典理論基礎。這些都促進了顯微鏡制造和顯微觀察技術的迅速發展，為包括科赫和巴斯德在內的生物學家和醫學家在19世紀下半葉發現細菌和微生物提供了有力的工具。
隨著顯微鏡本身的發展，顯微觀察技術也在不斷創新:1850出現了偏光顯微鏡；幹涉顯微鏡出現在1893；荷蘭物理學家澤爾尼克(Zelnik)在1935年創造了相襯顯微術，並因此獲得了1953年諾貝爾物理學獎。
經典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合。它以人眼為接收器來觀察放大的圖像。後來，在顯微鏡上增加了照相裝置，用感光膠片作為接收器進行記錄和存儲。在現代，光電元件、電視攝像機和電荷耦合器被廣泛用作顯微鏡的接收器，並與微型計算機組成壹個完整的圖像信息采集和處理系統。
由玻璃或其他透明材料制成的曲面光學透鏡可以放大物體，光學顯微鏡就是利用這壹原理將微小物體放大到人眼可以觀察到的大小。現代光學顯微鏡通常采用兩級放大，分別由物鏡和目鏡完成。被觀察物體位於物鏡前，經物鏡第壹次放大形成倒置實像，再經目鏡第二次放大形成虛像，即人眼所見。顯微鏡的總放大率是物鏡放大率和目鏡放大率的乘積。放大倍數指的是線性尺寸的放大倍數，而不是面積比。
光學顯微鏡的組成結構
光學顯微鏡壹般由載物臺、聚光燈照明系統、物鏡、目鏡和調焦機構組成。載物臺用於放置被觀察物體。調焦旋鈕可以用來驅動調焦機構，使載物臺上下粗、細移動，被觀察物體聚焦成像清晰。它的上層可以在水平面內精確地移動和旋轉，壹般被觀察的部分放在視野的中心。
聚光燈照明系統由光源和聚光鏡組成，聚光鏡的作用是將更多的光能集中在被觀察部位。照明燈的光譜特性必須適應顯微鏡接收器的工作波段。
物鏡位於被觀察物體附近，是實現第壹級放大的透鏡。幾個不同放大率的物鏡同時安裝在物鏡轉換器上。通過旋轉轉換器，不同放大率的物鏡可以進入工作光路，物鏡的放大率通常為5 ~ 100倍。
物鏡是對顯微鏡成像質量起決定性作用的光學元件。常用的有消色差物鏡，可以校正兩種顏色光的色差；還有質量更高的復消色差物鏡，可以校正三種顏色光的色差；平場物鏡，可以保證物鏡的整個像平面是平的，從而提高視場邊緣的成像質量。浸沒式物鏡常用於高倍物鏡，即在物鏡下表面和樣品上表面之間填充折射率約為1.5的液體，可以顯著提高顯微觀察的分辨率。
目鏡是位於人眼附近實現第二階段放大的透鏡，反射鏡的放大倍數通常是5 ~ 20倍。目鏡根據視場的大小可分為小視場普通目鏡和大視場大視場目鏡(或稱廣角目鏡)兩種。
載物臺和物鏡都必須能夠沿著物鏡的光軸相對移動，以實現聚焦並獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時，允許的調焦範圍往往小於微米，所以顯微鏡必須有極其精密的微調焦機構。
顯微鏡放大倍數的極限是有效放大倍數，顯微鏡的分辨率是指顯微鏡能夠清晰分辨的兩個物體之間的最小距離。分辨率和放大率是兩個不同但相互關聯的概念。
當所選物鏡的數值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時，顯微鏡無法分辨物體的精細結構。此時，即使放大倍數過度增大，也只能得到輪廓較大但細節不清晰的圖像，稱為無效放大。另壹方面，如果分辨率滿足要求，放大倍數不足，顯微鏡有分辨能力，但圖像還是太小，人眼看不清楚。因此，為了充分發揮顯微鏡的分辨率，數值孔徑應與顯微鏡的總放大倍數合理匹配。
聚光燈照明系統對顯微鏡的成像性能影響很大，但也是用戶容易忽視的環節。其功能是為物體表面提供足夠亮度和均勻性的照明。來自聚光器的光束應該能夠填充物鏡的孔徑角，否則不能充分利用物鏡能夠達到的最高分辨率。為此，聚光鏡中有壹個可變孔徑光闌，它類似於攝影物鏡中的光闌，可以調節照明光束的孔徑，以匹配物鏡的孔徑角。
通過改變照明方式，我們可以獲得亮背景上的暗物體(稱為明場照明)或暗背景上的亮物體(稱為暗場照明)等不同的觀察模式，從而在不同的情況下更好地發現和觀察精細結構。