光學顯微鏡是一種利用透鏡產生光學放大效應的顯微鏡。

由物體入射的光被至少兩個光學系統（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡產生一個被放大實像，人眼通過作用相當于放大鏡的目鏡觀察這個已經被放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可以按需要更換放大倍數。這些物鏡一般被安置在一個可以轉動的物鏡盤上，轉動物鏡盤就可以使不同的目鏡方便地進入光路，物鏡盤的英文是Nosepiece，又譯作鼻輪。

直到物理學家發現了放大倍率與分辨率之間的規律，人們才知道光學顯微鏡的分辨率是有極限的，分辨率的這一極限限制了放大倍率的無限提高，1600倍成了光學顯微鏡放大倍率的最高極限，使得形態學的應用在許多領域受到了很大限制。

光學顯微鏡的分辨率受到光波長的限制，一般不超過0.3微米。假如顯微鏡使用紫外線作為光源或物體被放在油中的話，分辨率還可以得到提高。

光學顯微鏡依樣品的不同可分為反射式和透射式。反射顯微鏡的物體一般是不透明的，光從上面照在物體上，被物體反射的光進入顯微鏡。這種顯微鏡經常被用來觀察固體等，多應用在工學、材料領域，在正立顯微鏡中，此類顯微鏡又稱作金相顯微鏡。透射顯微鏡的物體是透明的或非常薄，光從可透過它進入顯微鏡。這種顯微鏡常被用來觀察生物組織。

光學顯微鏡依其聚光鏡(condenser)和物鏡(Objective)的設計，可用來觀察不同的樣品。明視野(Brightfield)用來觀察薄的染色生物組織樣品，暗視野(Darkfield)功能的視野下，背景為黑色，能突顯樣品的細微面貓，觀察未染色樣品時，如活細胞，可利用相位差(Phase)功能。另外還有微分干涉差(differential interference contrast，DIC)功能，都常搭配在光學顯微鏡上。

依光源的不同，還有螢光顯微鏡、共聚焦顯微鏡等類別。