Δεν υπάρχει συνολική συναίνεση σχετικά με τον εφευρέτη του πρώτου σύνθετου μικροσκοπίου. Οι περισσότερες αρχές πιστεύουν ότι το όργανο εφευρέθηκε από τον Ολλανδό κατασκευαστή γυαλιών και γυαλιών Zacharias Janssen, στο Midddleburg της Ολλανδίας γύρω στο 1595, με κάποιους να πιστεύουν ότι τον βοήθησε ο πατέρας του Hans Janssen — οι δύο συνεργάστηκαν στο σχεδιασμό και την κατασκευή γυαλιών και γυαλιά. Ορισμένες άλλες αρχές, ωστόσο, πιστεύουν ότι ο Hans Lippershey, ένας Γερμανός που ζει στην ίδια πόλη, και επίσης κατασκευαστής γυαλιών, εφηύρε το πρώτο σύνθετο μικροσκόπιο περίπου την ίδια εποχή. Αν και του πιστώνεται η εφεύρεση του τηλεσκοπίου, υπάρχουν πολύ περισσότερες αμφιβολίες για την εφεύρεση του μικροσκοπίου. Θεωρείται πιθανό ότι ο Lippershey και οι Janssens, που γνώριζαν ο ένας τον άλλον, συνέβαλαν όλοι με ιδέες στην ανάπτυξη και των δύο οργάνων.
Το σύνθετο μικροσκόπιο χρησιμοποιεί τουλάχιστον δύο ξεχωριστούς φακούς για να παρέχει πολύ μεγαλύτερη μεγέθυνση από ό,τι είναι δυνατή με έναν μόνο. Αποτελείται από έναν σχετικά ισχυρό φακό με μικρή εστιακή απόσταση — γνωστό ως αντικειμενικός φακός — και έναν μεγαλύτερο, αλλά λιγότερο ισχυρό φακό με σχετικά μεγάλη εστιακή απόσταση, γνωστό ως προσοφθάλμιο. Οι δύο φακοί συνδέονται συνήθως με ένα σωλήνα. το προς εξέταση αντικείμενο τοποθετείται κάτω από τον αντικειμενικό φακό και εστιάζει προσαρμόζοντας την απόσταση από το αντικείμενο.
Οι Janssens, λόγω του επαγγέλματός τους, θα ήταν εξοικειωμένοι με την κατασκευή και τις ιδιότητες των φακών, και πιστεύεται ότι το πρώτο σύνθετο μικροσκόπιο μπορεί να προέκυψε από τις προσπάθειές τους να κατασκευάσουν πιο ισχυρά γυαλιά. Κανένα από τα πρώτα όργανα των Janssens δεν έχει διασωθεί, αλλά το πρώτο σύνθετο μικροσκόπιο που υπάρχει ακόμα μπορεί να δει κανείς στο μουσείο Middleburg και πιστεύεται ότι κατασκευάστηκε από τους Janssens. Δεν μοιάζει πολύ με ένα σύγχρονο μικροσκόπιο με βάση, μια σκηνή στην οποία μπορούν να τοποθετηθούν δείγματα και εναλλάξιμους αντικειμενικούς φακούς για να παρέχουν μια σειρά μεγεθύνσεων. Αντίθετα, μοιάζει με ένα μικρό τηλεσκόπιο καθώς αποτελείται από δύο σωλήνες, ο καθένας με έναν φακό στο ένα άκρο, που συγκρατούνται μέσα σε έναν ελαφρώς φαρδύτερο σωλήνα, έτσι ώστε να μπορούν να μετακινηθούν προς τα πίσω και προς τα εμπρός για να εστιάσουν στο αντικείμενο ενδιαφέροντος και να αλλάξουν τη μεγέθυνση . Αν και αυτό το μικροσκόπιο σχεδιάστηκε ξεκάθαρα για να κρατιέται στο χέρι, υπάρχουν αναφορές σε ένα άλλο πρώιμο μικροσκόπιο, που κατασκευάστηκε από τους Janssens, το οποίο βρισκόταν σε ένα τρίποδο και πιθανότατα θα έμοιαζε περισσότερο με το σύγχρονο όργανο.
Το παλαιότερο σύνθετο μικροσκόπιο που έχει επιζήσει μπορούσε να μεγεθύνει αντικείμενα μόνο από περίπου τρεις φορές έως περίπου εννέα φορές. Ωστόσο, λειτουργούσε με τις ίδιες αρχές με ένα σύγχρονο μικροσκόπιο και άνοιξε το δρόμο για την ανάπτυξη οργάνων που θα παρείχαν πολύ μεγαλύτερες μεγεθύνσεις, ανοίγοντας έναν μέχρι τότε άγνωστο μικροσκοπικό κόσμο. Αργότερα, τον 17ο αιώνα, ένας άλλος Ολλανδός ερασιτέχνης επιστήμονας, ο Anton van Leeuwenhoek, χρησιμοποίησε μικροσκόπια δικής του σχεδίασης για να μελετήσει μικροοργανισμούς σε σταγόνες νερού. Ωστόσο, αν και πιο ισχυρό από τα σύνθετα μικροσκόπια του Janssens, το Leeuwenhoek είχε μόνο έναν, σφαιρικό φακό. Ο Βρετανός επιστήμονας Robert Hooke, σύγχρονος του Leeuwenhoek, έκανε ορισμένες βελτιώσεις στο σύνθετο μικροσκόπιο που επέτρεψαν την επίτευξη πολύ υψηλότερων μεγεθύνσεων. Το έργο του Micrographia του 1665 καταγράφει τις παρατηρήσεις του για έντομα, κύτταρα και μικροοργανισμούς και βοήθησε να καθιερωθεί το σύνθετο μικροσκόπιο ως απαραίτητο εργαλείο για τους επιστήμονες.