Le origini del microscopio sono legate a quelle del cannocchiale. I primi microscopi, detti composti, erano costituiti da due o più lenti inserite in un tubo rigido. L'invenzione viene attribuita a Galileo, anche se, nel Seicento, tale primato fu oggetto di diverse rivendicazioni. Fu l'accademico linceo Giovanni Faber a battezzare, nel 1625, lo strumento con questo nome. I microscopi composti degli italiani Eustachio Divini e Giuseppe Campani testimoniano i notevoli miglioramenti apportati allo strumento nella seconda metà del secolo, mentre in Inghilterra livelli di eccellenza furono raggiunti da Robert Hooke. Altre innovazioni furono introdotte nel secolo successivo dai costruttori inglesi. Questi producevano i microscopi per le classi più elevate della società, che utilizzavano lo strumento come raffinato divertissement intellettuale. Le innovazioni introdotte riguardarono soprattutto la parte meccanica dello strumento, mentre le prestazioni ottiche continuarono ad essere abbastanza mediocri a causa dell'aberrazione sferica e dell'aberrazione cromatica, che furono eliminate soltanto nella prima metà dell'Ottocento, anche grazie al contributo di Giovan Battista Amici.

Migliori prestazioni ottiche caratterizzarono invece il microscopio semplice, costituito da una sola lente. Impostosi nella seconda metà del XVII secolo, ad opera soprattutto dell'olandese Antoni van Leeuwenhoek, il microscopio semplice, pur caratterizzato da precisi limiti, fu preferito dai naturalisti, soprattutto per le ricerche sul campo e per la pratica della dissezione.