北極星是夜空中肉眼可見的恆星之一，其視星等約為2等。那麼，如何找到夜空中的北極星呢？如果用天文望遠鏡觀測北極星會是怎樣的呢？
北極星是離北天極最近的明亮恆星，地球自轉軸幾乎指向這顆恆星。因此，在地球的自轉過程中，北極星在夜空中的位置幾乎不會發生變化，不會像其他恆星那樣隨著地球自轉而東升西落。
北極星所在的方位就是地理正北的方向，朝著正北方向看去，可以看到一顆比較亮的星星，那就是北極星。如果認識北極星，就能通過它在夜晚識別出方向。
還有一種尋找北極星的方向比較容易，只需藉助夜空中非常顯眼的七顆恆星——北鬥七星。位於大熊座的北鬥七星在夜空中很容易找到，因為它們的亮度較高，並且形狀很容易辨識出來。找到北鬥七星之後，只要沿著勺子開口方向的兩顆恆星延長線望去，可以找到一顆比較明亮的恆星，那就是北極星。
如果天文望遠鏡來觀測北極星，也不會看到北極星的什麼細節，儘管北極星本身要比太陽大得多，質量超過太陽5倍，半徑超過太陽35倍。這是因為北極星離我們太過於遙遠，距離可達430光年，相當於4300萬億公裡。如果想要通過天文望遠鏡看到太陽大小的北極星，需要的天文望遠鏡口徑將近2公裡，具體計算公式如下：
天文望遠鏡口徑=1.22×波長×距離/太陽直徑
而哈勃太空望遠鏡的口徑只有大約2.4米，不遠未來將要建成的最大光學望遠鏡（歐洲極大望遠鏡）的口徑也只有大約40米。通過人類現有的天文望遠鏡，所看到的北極星仍然只是亮點。
不過，通過天文望遠鏡，可以看到北極星的伴星。北極星其實是一個擁有三顆恆星的三合星系統，伴星北極星B距離主星北極星Aa大約2400天文單位，它們之間的角距足夠大，所以北極星B很容易通過普通的天文望遠鏡看到。儘管北極星B不是一顆明亮的恆星，它只比太陽大了大約40%，光度約為太陽的4倍。
但北極星Ab太過於接近北極星Aa，兩者的距離約為18.5天文單位，差不多是天王星與太陽的距離。北極星Ab會被北極星Aa的亮光所淹沒，所以很難看到北極星Ab。要知道，北極星Aa的光度超過太陽1200倍，而北極星Ab的光度只有太陽的3倍。因為北極星Ab相對較小，僅略大於太陽。直到2006年，哈勃太空望遠鏡才首次直接觀測到北極星Ab。
另外，北極星還是最靠近地球的造父變星，這種恆星是確定距離的重要標準燭光，它們的光度會隨著時間呈現穩定的周期變化。因此，北極星長久以來受到了大量的研究。