列文虎克出生在荷兰的德夫尔特城，他父亲是一个以编箩筐和酿酒为生的小商人。就在列文虎克尚未成年的时候，他的父亲就去世了，家里的生计成了问题，他只得中途辍学，到荷兰首都阿姆斯特丹的一家杂货铺当学徒。这一年，列文虎克才16岁。学徒期间，他跟隔壁眼镜店里的一位工匠学会了磨制镜片。
六年的学徒生涯很快就过去了，列文虎克为了生活不得不四处奔走。过了许多年，他才回到了自己的家乡。当时，有教养的人都讲拉丁语，而列文虎克只会讲荷兰语，这种人很受鄙视。他先开了家杂货店，后来做了市政府的看门人，每天负责打扫门前的垃圾，定期爬上钟楼向全城市民报告时间。
列文虎克的工作极为简单，但他的业余生活却非常紧张，而且给他带来了莫大的乐趣。他发誓要磨出世界上最好的镜片，整天磨呀磨呀，忘了妻子儿女，也顾不上去看望朋友和邻居，大家以为他精神失常了。时间一天天地过去，他的双手不知磨出了多少血泡，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。它可以将物体放大300倍，这是世界上第一架显微镜，在很长一段时间里，也是世界上最好的显微镜。
有了这架显微镜，列文虎克就好像领到了一张走进微观世界的通行证。他看到了苍蝇的翅膀，蜘蛛的脚爪，蚊子的长嘴，蜜蜂刺人的针，这一切都清清楚楚地出现在他眼前，让他兴奋不已。1673年，列文虎克把他的观察记录整理成一篇文章，寄给英国皇家学会。这篇文章内容庞杂，写得比较凌乱，而且不是用拉丁文写的。当这封信在皇家科学院里被当众朗读时，不少人对它嗤之以鼻，有人捧腹大笑，以为是天方夜谭，还有人认为这样的文章肯定出自一个神经病之手。然而，号称“化学之父”的大化学家波义耳、号称“物理之父”的牛顿等人却是一脸严肃，他们认为这篇文章中所描述的也许是一个人类从来没有见到过的世界。
自己的发现没有得到学术界的承认，列文虎克感到很遗憾，但他并不气馁。他继续用显微镜观察各种动植物，他要拿出更多的有力证据，来消除某些专家学者们的偏见。1675年的一天，天空中忽然下起了滂沱大雨，列文虎克狭小的实验室里又黑又闷，他看不清显微镜下边的东西，便来到窗边，向远处眺望。天渐渐地放晴了，忽然他萌生了一个念头：雨水中会不会有什么东西呢？于是，他就到外边的水塘里装了一吸管雨水，滴了一滴在显微镜下。
列文虎克把眼睛凑近显微镜，不由得大吃一惊。雨水怎么会是活的呢？里面好像有无数奇形怪状的小东西在蠕动。他以为这是错觉，便揉了揉眼皮，再仔细看去，情形和刚才看到的一样，他连忙大声呼唤自己的女儿：“玛丽姬，快来啊！快来啊！”
正在打扫卫生的女儿听到父亲的喊叫声，以为实验室里发生了什么意外，急忙丢下拖把，奔进实验室。列文虎克把女儿拉到显微镜旁边，玛丽姬凑到显微镜的目镜跟前一看，不禁惊奇地叫起来：“哎呀，这是什么东西啊？跟童话里的‘小人国’一样。”
这不可思议的发现使得列文虎克陷入了沉思：难道说这些“小人国”中的“小生命”是从天上来的吗？他让女儿用干净的杯子到外面接了半杯雨水，然后取出一滴，放在显微镜下，这一次什么东西也没有看到。四天过后再观察，列文虎克发现杯子里的雨水中又有了“小生命”。很显然，这些“小生命”不是来自天上。
雨水里有“小生命”，其他东西里有没有呢？他把牙齿缝中的牙垢取下来，用雨水稀释之后，取一滴放在显微镜下，也看到了“小生命”。他取来泥土，用雨水搅拌后，取一滴放在显微镜下，又看到了“小生命”。
列文虎克将这份实验记录写成实验报告，又寄给英国皇家学会，顿时引起一片哗然。“雨水里怎么会有生物呢，这简直是胡说八道！”不过，英国皇家学会有着验收科研成果的严格法规，不允许草率从事。于是，一个由12名学术权威组成的考察团乘船渡过北海，来到列文虎克的家乡德尔夫特。他们走进列文虎克那间简陋的实验室，在他制作的显微镜下，亲眼看到了列文虎克在报告中描述的那些“小生命”。考察结束后，他们向英国皇家学会提交了书面报告，声称“列文虎克在他的小实验室里创造了奇迹”。
列文虎克所发现的那些“小生命”就是后来人们所说的细菌。他的这个有趣的发现，给人们打开了观察微观世界的窗口，从此列文虎克名扬天下，还被选为英国皇家学会会员，英国女王、俄国的彼得大帝到荷兰访问时，都曾访问过这位自学成才的杰出科学家。
