1632年，列文虎克出生于荷兰的德夫尔特城。他的父亲是一个编箩筐和酿酒的小商人。不幸的是，未等列文虎克成年，他的父亲就去世了。为了维持家庭生活，16岁的列文虎克离开了学校，到荷兰首都阿姆斯特丹一家杂货铺当学徒。在这里，白天，他面对络绎不绝的荷兰家庭主妇为一分两分钱争得面红耳赤，耳听现金抽屉中硬币的叮当声；夜晚，店铺打烊以后，他靠着昏暗的烛光读着借来的各种书籍，书中上至天文，下至生物的知识，引起了他对自然科学的浓厚兴趣。杂货铺的隔壁是一家眼镜店，这是列文虎克最爱去的地方。在这里，他与眼镜店的工匠聊天，他将书中读到的一些有趣故事讲给工匠听，工匠则教会了他怎样磨制玻璃镜片。这是一门非常有用的技术，此后，磨制镜片有节奏的沙沙声几乎伴随了列文虎克整整一生。

6年的学徒生涯很快就过去了。这对列文虎克来说，正是充满幻想的时期，他最强烈的愿望是，如果能制造出一种放大的魔镜，用它来观察自然界的许多小东西，这该多么有趣啊！

告别了学徒生活，列文虎克又走上了坎坷的人生道路。为了生活，他不得不四处奔走。又过了许多年，他才回到了家乡。在这里，只会讲荷兰语的列文虎克被人看作是一个无知无识的人。在当时，荷兰语被鄙视为渔夫、店主、挖沟人的语言。有教养的人应该会讲拉丁语，而他连读也不会读。他先开了家杂货店，最后做了市政府的看门工人，每天打扫门前垃圾，定期爬上钟楼向全城市民报告时间。工作极为简单，收入也仅够过日子。但列文虎克有自己的兴趣所在。

他最大的嗜好就是不停地磨镜片。他有着坚不可摧的研究者的好奇心。他知道，通过透镜看到的东西比肉眼大得多，也非常有趣。他发誓要磨出世界上最好的镜片。一天天过去，一次次失败，磨呀磨，他双手不知磨出过多少血泡，他也忘了妻子儿女，顾不得去看朋友和邻居，大家以为他有些精神失常了。然而，“有志者事竟成”，列文虎克终于磨出了光洁透亮的镜片，他把两块镜片隔开一些距离，固定在一块金属板上，再装上一个调节镜片的螺旋杆。一架在当时最为精巧的魔镜便做成了。魔镜可将物体放大300倍，这就是世界上第一架显微镜。

有了这架显微镜，列文虎克兴奋不已。凡能到手的东西，他样样都拿来看看。他观察了许多小虫的器官，如蚊子的长嘴，蜜蜂刺人的针。他细看了鲸鱼的肌肉纤维和自己的皮肤屑片。他到肉店里去买回牛眼睛，看到水晶体的组合那么美妙，不禁大为惊奇。他一连几小时地细看羊毛、海狸毛和麋鹿毛的构造，这些纤细的毛在他的显微镜下像粗大的木头。他精细地解剖了一只苍蝇的头，把它的脑粘在显微镜下的细针上——他由衷地赞美这个大得惊人的苍蝇脑子的细节是如此复杂！他察看了十几种树木的横断面，细看植物的种子。当他初次观察到一只跳蚤的刺和一只虱子的腿竟是这样完美惊人时，咕噜道：“天哪，怎么会这样呢！”

1669年，他开始给英国皇家学会写报告，宣布他看到了“大量难以相信的极小的活泼的物体”，他将这些东西称为“微动物”。

列文虎克把观察的内容写成了一部划时代的著作《自然界的秘密》，分7卷出版。在他的一生中，用手工磨制的透镜片达419枚，制成了247台简易显微镜和172个小型放大镜。1723年2月27日，91岁高龄的列文虎克离开了人世。

他在给皇家学会的最后一封信中提到：“一个人要有所成就，必须呕心沥血，孜孜不倦。”