Атомно-силовий мікроскоп був створений в 1986 Гердом Бінніг, Кельвіном Куейтом і Крістофером Гербером в США, як модифікація винайденого ранішескануючого тунельного мікроскопа.
Для визначення рельєфу поверхонь непровідних тел використовувалася пружна консоль ( кантільовери), відхилення якої, в свою чергу, визначалося по зміні величини тунельного струму, як в скануючому тунельному мікроскопі [1]. Однак такий метод реєстрації зміни положення кантільовери виявився не дуже вдалим, і двома роками пізніше була запропонована оптична схема: промінь лазера направляється на зовнішню поверхню кантільовери, відбивається і потрапляє на фотодетектор [2]. Такий метод реєстрації відхилення кантільовери реалізований в більшості сучасних атомно-силових мікроскопів.
Спочатку атомно-силовий мікроскоп фактично представляв собою профілометр, тільки радіус заокруглення голки був порядку десятків ангстрем. Прагнення поліпшити латеральне дозвіл призвело до розвитку динамічних методів. Пьезовібратором збуджуються коливання кантільовери з певною частотою і фазою. При наближенні до поверхні на кантільовери починають діяти сили, які змінюють його частотні властивості. Таким чином, відстежуючи частоту і фазу коливань кантільовери, можна зробити висновок про зміну сили, що діє з боку поверхні і, следственно, про рельєф [3].
Подальший розвиток атомно-силової мікроскопії призвело до виникнення таких методів, як магнітно-силова мікроскопія, силова мікроскопія пьезооткліка,електро-силової мікроскопії.