Es besteht kein allgemeiner Konsens über den Erfinder des ersten zusammengesetzten Mikroskops. Die meisten Behörden glauben, dass das Instrument von dem niederländischen Brillen- und Brillenhersteller Zacharias Janssen in Midddleburg, Holland um 1595 erfunden wurde, einige glauben, dass ihm sein Vater Hans Janssen geholfen hat – die beiden arbeiteten zusammen an der Konstruktion und dem Bau von Brillen und Brille. Einige andere Autoritäten glauben jedoch, dass Hans Lippershey, ein in derselben Stadt lebender Deutscher und ebenfalls Brillenmacher, ungefähr zur gleichen Zeit das erste zusammengesetzte Mikroskop erfunden hat; obwohl ihm die Erfindung des Teleskops zugeschrieben wird, gibt es wesentlich mehr Zweifel an seiner Erfindung des Mikroskops. Es wird angenommen, dass Lippershey und die Janssens, die sich kannten, alle Ideen zur Entwicklung beider Instrumente beitrugen.
Das zusammengesetzte Mikroskop verwendet mindestens zwei separate Linsen, um eine viel größere Vergrößerung zu erzielen, als dies mit nur einem möglich ist. Es besteht aus einem relativ lichtstarken Objektiv mit kurzer Brennweite – dem sogenannten Objektiv – und einem größeren, aber weniger lichtstarken Objektiv mit relativ langer Brennweite, dem Okular. Die beiden Linsen sind normalerweise durch einen Tubus verbunden; das zu untersuchende objekt wird unter das objektiv gelegt und durch einstellung des abstands zum objekt scharfgestellt.
Die Janssens waren aufgrund ihres Berufes mit der Herstellung und den Eigenschaften von Linsen vertraut, und es wird vermutet, dass das erste zusammengesetzte Mikroskop aus ihren Versuchen hervorgegangen ist, leistungsfähigere Brillen zu bauen. Keines der frühesten Instrumente der Janssens hat überlebt, aber das erste noch existierende zusammengesetzte Mikroskop ist im Middleburg Museum zu sehen und wird vermutlich von den Janssens hergestellt. Es ähnelt nicht sehr einem modernen Mikroskop mit einem Stativ, einem Objekttisch, auf dem Proben platziert werden können, und austauschbaren Objektiven für verschiedene Vergrößerungen. Stattdessen ähnelt es einem kleinen Teleskop, indem es aus zwei Tuben mit je einer Linse an einem Ende besteht, die in einem etwas breiteren Tubus gehalten werden, so dass sie hin und her bewegt werden können, um das interessierende Objekt zu fokussieren und die Vergrößerung zu variieren . Obwohl dieses Mikroskop eindeutig als Handheld konzipiert war, gibt es Hinweise auf ein anderes frühes Mikroskop der Janssens, das auf einem Stativ stand und wahrscheinlich eher dem modernen Instrument ähnelte.
Das früheste erhaltene zusammengesetzte Mikroskop konnte Objekte nur etwa dreimal bis etwa neunmal vergrößern. Dennoch funktionierte es nach den gleichen Prinzipien wie ein modernes Mikroskop und ebnete den Weg für die Entwicklung von Instrumenten, die viel höhere Vergrößerungen ermöglichen und eine bisher unbekannte mikroskopische Welt eröffneten. Später, im 17. Jahrhundert, benutzte ein anderer niederländischer Amateurwissenschaftler, Anton van Leeuwenhoek, Mikroskope seiner eigenen Konstruktion, um Mikroorganismen in Wassertropfen zu untersuchen; obwohl sie leistungsstärker waren als die zusammengesetzten Mikroskope von Janssens, hatte das von Leeuwenhoek nur eine einzige sphärische Linse. Der britische Wissenschaftler Robert Hooke, ein Zeitgenosse von Leeuwenhoek, führte eine Reihe von Verbesserungen an dem zusammengesetzten Mikroskop durch, die es ermöglichten, viel höhere Vergrößerungen zu erzielen. Sein 1665 erschienenes Werk Micrographia dokumentiert seine Beobachtungen von Insekten, Zellen und Mikroorganismen und trug dazu bei, das zusammengesetzte Mikroskop als unverzichtbares Instrument für Wissenschaftler zu etablieren.