La C. Zeiss venne fondata da
Carl Zeiss il 17 novembre 1846 nella città di Jena. Inizialmente la società si occupava di produrre apparecchi e strumenti ottici di altissima precisione e grazie al severo controllo di qualità che Carl Zeiss impose ai suoi prodotti, arrivando personalmente a distruggere i microscopi che non passavano i test, la neonata Zeiss divenne la fornitrice ufficiale dell'
Università di Jena. Nel 1861 la Zeiss si guadagnò la medaglia d'oro dell'esposizione industriale per la realizzazione del microscopio
Stand I. Cinque anni più tardi, nel 1866, la Zeiss produsse il suo millesimo microscopio consacrando il nome della società all’interno di tutti i circoli scientifici europei.
Nel 1866 Ernst Abbe, al tempo un giovane professore di matematica presso l'Università di Jena ed in seguito direttore dell'omonimo osservatorio, divenne il direttore della divisione di ricerca in Zeiss. Abbe utilizzò un approccio scientifico nello studio dei materiali e dei progetti per gli schemi ottici, basandosi principalmente sul calcolo matematico e sulla fisica, escludendo l'allora consueta progettazione su basi empiriche basato su tentativi ed errori. Grazie a questo approccio Abbe introdusse fondamentali innovazioni nel mondo dell'ottica come l'introduzione di una nuova gamma di obiettivi per microscopi.
Nel 1879 Abbe fece la conoscenza del giovane Otto Schott che gli spedì la formula per un nuovo vetro all'ossido di litio, con caratteristiche di purezza e uniformità uniche a quel tempo. Tra loro si stabilì una fitta rete epistolare che si concluse con il trasferimento di Schott a Jena e la successiva integrazione all’interno della società.
Nel 1884, Carl Zeiss, Roderich Zeiss, Ernst Abbe ed Otto Schott fondarono la
Glastechnische Laboratorium Schott & Genossen. Numerose furono le innovazioni introdotte nello sviluppo di materiali e delle tecnologie, come il vetro borosilicato e il primo obiettivo con apocromatico. Tale nuovo tipo di vetro venne utilizzato dalla Zeiss per produrre una nuova linea di microscopi di qualità superiore.
Il 19 maggio 1889, anno successivo alla morte del fondatore Carl Zeiss, Ernst Abbe istituì la
Carl Zeiss Stiftung il cui statuto puntò alla promozione della ricerca scientifica e alla tutela dei diritti del lavoratore. Agli operai vennero garantiti un massimo di otto ore lavorative e condizioni migliori rispetto alla media del periodo. Nel 1891 la Fondazione Zeiss divenne l'unica proprietaria delle imprese Zeiss. Il mercato della società fu prevalentemente europeo, poichè le esportazioni verso l'America furono limitate dai dazi che venivano imposti sulle merci importate nel nuovo continente. Per questo motivo, alcuni prodotti vennero concessi in licenza a fabbriche estere, come la "Bausch and Lomb" di Rochester, New York.
A partire dal 1933 il regime nazista, che nel frattempo si era diffuso in Germania, iniziò ad interessarsi della società sbilanciandone la produzione verso gli strumenti militari. Così la Zeiss divenne una delle principali società produttrici di binocoli con ottiche grandangolari, sistemi ottici resistenti alla pressione per i sottomarini U-Boot, binocoli a periscopio per il puntamento dei carri armati. Inoltre macchine fotografiche Zeiss furono montate sulle V2 per operazioni di telerilevamento delle coste inglesi.
Vista la grande importanza che la società Zeiss acquisì durante la Seconda Guerra Mondiale, essa venne bombardata duramente e la stessa città di Jena ne soffrì profondamente. Il 13 aprile 1945 le forze militari americane entrarono a Jena, sorprendendosi di come i bombardamenti non avessero provocato danni importanti.
Dopo la divisione della Germania in settori, Jena risultò essere sotto la gestione della Russia. Gli Statunitensi decisero di spostare rapidamente quanto più materiale e strumenti possibile nella Germania Ovest, arrivando a trasferire anche 126 tecnici con le loro famiglie, prima della riconsegna ufficiale della città tre mesi dopo. Dresda, sede della Zeiss Ikon, fu occupata subito dai russi e non poté subire lo stesso trattamento degli stabilimenti di Jena. Nella Germania Est, nel 1948 il regime sovietico spostò molte fabbriche della Zeiss a Kiev e a Krasnogorsk, e nel 1965 la Carl Zeiss di Jena venne ripristinata come industria ottica e di precisione.Intanto nel febbraio del 1949 nello stabilimento di Heidenheim, nella Germania Ovest, si ricostituì la Fondazione Zeiss e grazie ai finanziamenti del piano Marshall furono ricostruiti gli edifici adatti alla produzione.
Nel 1991 le due società tornarono ad essere unite dopo 45 anni di separazione.
L'attuale Zeiss produce prodotti di alta qualità spaziando dagli obiettivi per telefoni cellulari, obiettivi professionali per fotocamere digitali a tutta una serie di strumenti ottici specializzati per la ricerca medica e tecnologica.