Ne postoji opći konsenzus o izumitelju prvog složenog mikroskopa. Većina autoriteta vjeruje da je instrument izumio nizozemski proizvođač naočala i naočala Zacharias Janssen u Midddleburgu u Nizozemskoj oko 1595., a neki vjeruju da mu je pomogao njegov otac Hans Janssen – njih dvojica su zajedno radili na dizajnu i izradi naočala i naočale. Neki drugi autoriteti, međutim, vjeruju da je Hans Lippershey, Nijemac koji živi u istom gradu, a također i proizvođač naočala, izumio prvi složeni mikroskop otprilike u isto vrijeme; iako je zaslužan za izum teleskopa, postoji znatno više sumnje u njegov izum mikroskopa. Vjeruje se da su Lippershey i Janssenovi, koji su se međusobno poznavali, pridonijeli razvoju obaju instrumenata.
Složeni mikroskop koristi najmanje dvije odvojene leće kako bi pružio mnogo veće povećanje nego što je to moguće sa samo jednom. Sastoji se od relativno snažne leće s kratkom žarišnom duljinom – poznate kao objektiv – i veće, ali manje snažne leće s relativno dugom žarišnom duljinom, poznate kao okular. Dvije leće su obično povezane cijevi; predmet koji se ispituje stavlja se pod leću objektiva i dovodi u fokus podešavanjem udaljenosti do objekta.
Janssenovi su, zbog svog zanimanja, bili upoznati s proizvodnjom i svojstvima leća, a smatra se da je prvi složeni mikroskop nastao iz njihovih pokušaja da naprave snažnije naočale. Nijedan od najranijih instrumenata Janssenovih nije preživio, ali prvi složeni mikroskop koji još postoji može se vidjeti u muzeju Middleburg i smatra se da su ga izradili Janssenovi. Ne nalikuje puno na moderni mikroskop s postoljem, postoljem na koje se mogu postaviti uzorci i izmjenjivim objektivima za pružanje niza povećanja. Umjesto toga, nalikuje malom teleskopu po tome što se sastoji od dvije cijevi, svaka s lećom na jednom kraju, koje se drže unutar malo šire cijevi, tako da se mogu pomicati naprijed-nazad kako bi se fokusirale na predmet interesa i mijenjale povećanje . Iako je ovaj mikroskop jasno dizajniran da se drži u ruci, postoje reference na još jedan rani mikroskop, koji su izradili Janssenovi, koji je stajao na stativu i vjerojatno bi više ličio na moderni instrument.
Najraniji preživjeli složeni mikroskop mogao je povećati objekte samo od tri do oko devet puta. Ipak, djelovao je na istim principima kao i moderni mikroskop i otvorio put razvoju instrumenata koji bi pružili mnogo veća povećanja, otvarajući dotad nepoznati mikroskopski svijet. Kasnije, u 17. stoljeću, drugi nizozemski znanstvenik amater, Anton van Leeuwenhoek, koristio je mikroskope vlastitog dizajna za proučavanje mikroorganizama u kapima vode; međutim, iako snažniji od složenih mikroskopa Janssenovih, Leeuwenhoekovi su imali samo jednu, sferičnu leću. Britanski znanstvenik Robert Hooke, suvremenik Leeuwenhoeka, napravio je niz poboljšanja složenog mikroskopa koja su omogućila postizanje mnogo većih povećanja. Njegovo djelo Micrographia iz 1665. dokumentira njegova opažanja insekata, stanica i mikroorganizama i pomoglo je uspostaviti složeni mikroskop kao bitan instrument za znanstvenike.