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Nach einem Mathematikstudium in Weimar erhielt Zeiss 1843 in Wien eine Anstellung in der Maschinenbauanstalt Rollé & Schwilqué. In Weimar wurde ihm 1844 die Konzession für eine Mechanikerwerkstatt verweigert. Ein Jahr später studierte Zeiss an der Universität Jena Mathematik und Chemie und erhielt hier 1846 die ersehnte Zulassung für die Eröffnung der eigenen Werkstatt. Die während seines Studiums geknüpften Kontakte zu Wissenschaftlern der Universität brachten ihm die ersten Aufträge für wissenschaftliche Instrumente. 1847 begann er mit der Herstellung von einfachen Lupenmikroskopen. Zeiss suchte nach Wegen, die einzelnen Elemente der optischen Systeme für den Bau von komplexen Mikroskopen wissenschaftlich zu erschließen. Anfang der 1860er Jahre gelang es ihm, den Privatdozenten für Physik an der Universität Jena, Ernst Abbe (1840 – 1905), für die Aufgabe der Berechnung von Mikroskopobjektiven dauerhaft zu gewinnen. Die nach der Abbe’schen Theorie hergestellten Mikroskope fanden in der Fachwelt große Anerkennung. 1876 wurde Abbe Teilhaber der Optischen Werkstätte von Zeiss.