x射线和电子在19世纪末相继被发现,电子透镜理论在20世纪20年代末被提出。20世纪早期,高分辨率显微镜的发展是利用这些短波长光束作为光源的结果。透射电子显微镜(TEM)是由德国的恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)在20世纪30年代早期发明的,第一个商用透射电子显微镜是由西门子(Siemens)在1939年研制出来的。扫描电子显微镜(SEM)的发展与透射电子显微镜(TEM)差不多在同一时间开始。接下来是扫描透射电子显微镜(STEM),它是由曼弗雷德·阿登(Manfred Ardenne)在20世纪30年代后期开发的,接着是弗拉基米尔·兹沃里金(Vladimir Zworykin)在20世纪40年代早期开发的现代扫描电子显微镜的原型。然而,Zworykin的扫描电镜分辨率很低,所以20世纪50年代,剑桥大学Charles Oatley的实验室继续进行扫描电镜的开发,最终在1965年由剑桥仪器公司生产出了第一个商用扫描电镜。

电子显微镜超越了光学显微镜的局限,极大地提高了分辨率,因此可以观察到像原子一样微小的物体。

除了提高分辨率外,电子显微镜还在进行许多改进。一是环境扫描电子显微镜的发展,使样品室保持在低真空状态,以观察含湿样品。