Nació en Delft. Su educación fue deficiente; a los 16 años comenzó a trabajar en un telar de Amsterdam. Sirvió luego un cargo modesto en el Ayuntamiento de su aldea natal, y esta ocupación le permitió dedicar más tiempo a su verdadera vocación: observar y describir la naturaleza . Para ello puso en práctica los métodos utilizados en el telar, donde debía recurrir a lentes de aumento para contar los hijos de los tejidos, y después de aprender la técnica del pulido de lentes, construyó sus propios microscopios.
Estos, si bien muy primitivos comparados con los actuales, fueron muy superiores a los conocidos entonces. En ellos empleó lentes biconvexas pacientemente talladas, de muy corta distancia focal, que le dieron renombre en Europa. Pedro el Grande de Rusia se desplazó hasta Delft en 1698 para mirar a través de las lentes de Leeuwenhoek.
Este, con entusiasmo y sin descanso aplicó los instrumentos a todo cuanto atraía su curiosidad; mucho de lo que observó no lo había visto nadie hasta entonces. Comunicó sus experiencias a la Royal Society de Londres por medio de cartas escritas en holandés, porque desconocía el latín, idioma científico de la época.
Leeuwenhoek construyó más de 200 microscopios, con aumentos de 40 a 270 diámetros. Presentó 112 contribuciones a las Philosophical Transactions y escribió 27 memorias para la Academia de Ciencias de París, muchas de ellas ilustradas con sus propios dibujos.
Más que un plan científico, sus investigaciones seguían su inclinación personal; no obstante, basándose en la observación ocular directa, fue el primero en describir las bacterias , infusorios, los espermatozoides del hombre, de los peces y de las aves, los glóbulos rojos de la sangre y los vasos sanguíneos capilares. Al descubrir la circulación de la sangre en la cola del renacuajo, contribuyó al triunfo definitivo de la teoría de la circulación sanguínea.
Descubrió y describió asimismo la lente del cristalino del ojo, los túbulos de la dentina, las fibras musculares estriadas, los áfidos, rotíferos y levaduras y muchas otras maravillas de la naturaleza.
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