Au-delà de tous les travaux remontant au Moyen-Âge sur le développement des loupes grossissantes, l’histoire moderne du microscope fait apparaître trois "pères fondateurs":
L’opticien hollandais Hans Janssen, qui aurait prétendument construit les premiers microscopes composés (c’est-à-dire des microscopes comportant 2 à 3 lentilles insérées dans des tubes, à l’image des microscopes actuels) à la fin du XVIème siècle, dont le facteur de grossissement atteignait environ 3× à 10× selon la distance entre les lentilles, mais dont les images produites souffraient d’une résolution extraordinairement mauvaise. Aucun microscope de Janssen n’a été conservé, et cette paternité présumée est remise en question par des historiens des sciences.
Le savant universaliste britannique Robert Hooke (1635 – 1703), qui a amélioré dans la deuxième moitié du XVIIème siècle la construction des microscopes composés et rendu leur utilisation systématique; les microscopes composés de Hooke étaient caractérisés par un facteur de grossissement allant jusqu’à environ 30×, un record à l’époque, permettant en principe de distinguer des structures dont la taille est d’environ 5 micromètres (5 millièmes de millimètre).
Finalement, le commerçant et savant hollandais Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723), qui a inventé à la fin du XVIIème siècle un mini-microscope muni d’une seule lentille de qualité exceptionnelle atteignant un facteur de grossissement d’environ 250×, et dont la qualité des images produites n’a pas été égalée pendant plus de 150 ans; une belle réplique du microscope de van Leeuwenhoek est exposée au Musée d’Histoire des Sciences de Genève.
Avec les apports des ingénieurs et scientifiques allemands Carl Zeiss, Otto Schott, et Ernst Abbe, dans la deuxième moitié du XIXème siècle, qui ont contribué à améliorer de manière remarquable la qualité des optiques, les microscopes composés modernes possèdent des facteurs de grossissement allant jusqu’à environ 500×, avec une qualité et une résolution spatiale exemplaire. Pour atteindre des facteurs de grossissement supérieurs tout en conservant ou améliorant la qualité des images produites, il faut utiliser des microscopes électroniques.