Das Unternehmen wurde 1846 als Werkstatt für Feinmechanik und Optik gegründet. Bis 1888 stellte das Unternehmen fast ausschließlich Mikroskope her. Ernst Abbe begann mit der Erweiterung der Produktpalette und ergänzte als neuen Geschäftszweig Fotoobjektive. Diese bestanden aus Glasarten mit deutlich besseren optischen Eigenschaften, die Otto Schott in den 1880er-Jahren erstmals herstellte. Der für Zeiss tätige Wissenschaftler Dr. Paul Rudolph schuf das ab 1890 produzierte Fotoobjektiv Anastigmat, das 1900 in Protar umbenannt wurde. Das grundlegende optische Design von einigen seiner Entwicklungen, wie die Zeiss Planar und Zeiss Tessar Objektive, finden sich noch immer in aktuellen Objektiven. Letztere befinden sich zum Beispiel in vielen Sony-Kameras. 1935 ermöglichte Zeiss erstmals brillante Fotos durch eine Anti-Reflex-Beschichtung, die heute mit dem Symbol T* gekennzeichnet wird. Acht Jahre später entwickelte Zeiss einen Prozess zur Messung der Bildqualität von Objektiven mittels MTF-Kurven (Modulation Transfer Function). Ein besonderer Höhepunkt in der Firmengeschichte: am 20. Juli 1969 fotografierten Neil Armstrong und Buzz Aldrin bei der ersten Mondlandung mit Hilfe einer Hasselblad 500EL mit Zeiss Biogon Objektiv die ersten Bilder auf der Oberfläche des Erdtrabanten.
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