光学显微镜是一种利用透镜产生光学放大效应的显微镜。
由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放大倍数。这些物镜一般被安置在一个可以转动的物镜盘上，转动物镜盘就可以使不同的目镜方便地进入光路，物镜盘的英文是Nosepiece，又译作鼻轮。
直到物理学家发现了放大倍率与分辨率之间的规律，人们才知道光学显微镜的分辨率是有极限的，分辨率的这一极限限制了放大倍率的无限提高，1600倍成了光学显微镜放大倍率的最高极限，使得形态学的应用在许多领域受到了很大限制。
光学显微镜的分辨率受到光波长的限制，一般不超过0.3微米。假如显微镜使用紫外线作为光源或物体被放在油中的话，分辨率还可以得到提高。
光学显微镜依样品的不同可分为反射式和透射式。反射显微镜的物体一般是不透明的，光从上面照在物体上，被物体反射的光进入显微镜。这种显微镜经常被用来观察固体等，多应用在工学、材料领域，在正立显微镜中，此类显微镜又称作金相显微镜。透射显微镜的物体是透明的或非常薄，光从可透过它进入显微镜。这种显微镜常被用来观察生物组织。
光学显微镜依其聚光镜(condenser)和物镜(Objective)的设计，可用来观察不同的样品。明视野(Brightfield)用来观察薄的染色生物组织样品，暗视野(Darkfield)功能的视野下，背景为黑色，能突显样品的细微面猫，观察未染色样品时，如活细胞，可利用相位差(Phase)功能。另外还有微分干涉差(differential interference contrast，DIC)功能，都常搭配在光学显微镜上。
依光源的不同，还有萤光显微镜、共聚焦显微镜等类别。
