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望遠鏡是現代天文學探索的重要工具，人眼的瞳孔只有6毫米，正常人眼看得見的最低標準是每秒鐘約有140個光子進入瞳孔。人眼最敏感的波長是550納米的黃綠色可見光。按此波長計算，140個光子攜帶的能量是5×10^-17瓦。所以人眼不能看到比6.5等更暗的星。此外，人眼接受光子產生的視覺響應只有1/24秒，光子不能連續累積。天文望遠鏡彌補了人眼的這些不足。讓人「看得見」的本領大大增強。一臺口徑2.16米的光學望遠鏡能看到22.5等星。此外，由於光有粒二象性，它有衍射現象。人眼的瞳孔小，衍射效應明顯，人眼的解析度只有23"，而2.16米口徑的望遠鏡的解析度可達0.06"。所以望遠鏡不但讓人「看得見」遙遠的星星，而且還要「看得清」。
1611年，德國天文學家克卜勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數有了明顯的提高，以後人們將這種光學系統稱為克卜勒式望遠鏡。現在人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式，天文望遠鏡是採用克卜勒式。
先從第一部天文望遠鏡 伽利略的望遠鏡 說起
伽利略的望遠鏡 ：
這是1609年伽利略親手製作的第一臺天文望遠鏡，口徑4.4釐米，折射式。放大倍數約１０倍，現藏於義大利佛羅倫斯博物館。
1609年，伽利略獨立發明出望遠鏡，並首先用於天文學觀測。不過許多學者認為，早在伽利略之前，望遠鏡就已經被發明了。很多科技史學家認為，英國數學家倫納德?迪格斯是望遠鏡發明權最有力的競爭者。據說其子數學家託瑪斯?迪格斯留下了一份詳細的望遠鏡使用說明，有學者認為，這說明倫納德?迪格斯生前就已發明瞭望遠鏡。
更有學者認為，早在古羅馬時期就有瞭望遠鏡，凱撒大帝籍此指揮羅馬軍隊戰無不勝。英國學者羅伯特?坦普爾堅信望遠鏡古已有之。他認為，雅典衛城博物館收藏了多個古代水晶透鏡，這是構成望遠鏡的最原始的材料。
牛頓的望遠鏡：
牛頓的望遠鏡：由牛頓發明，又被稱為反射式望遠鏡，1667年牛頓製造的人類第一架反射式望遠鏡，口徑3.3釐米，焦距16釐米。雖然它的成像效果並不是最好的，但它最大的優點就是能做的很大，目前世界上所有的巨型望遠鏡幾乎都是由此發展而來的。
威廉·赫歇爾的望遠鏡
這是威廉·赫歇爾自製的發現天王星的天文望遠鏡，口徑15釐米，焦距2.1米，放大40倍左右的牛頓式反射望遠鏡。
上面這個是威廉·赫歇爾製造的另一個中型天文望遠鏡 口徑：48cm，牛頓反射式。
威廉·赫歇爾的：「大炮 」大型天文望遠鏡。
威廉·赫歇爾製造的當時世界上最大的望遠鏡 英王喬治三世慷慨解囊，拿出2000英鎊資助他。這是一項令世人震驚的工程，所招聘的工人多達40名。1789年，赫歇爾的得意之作在巨大的構架中豎立起來，看上去活像一尊指向天空的「大炮」。口徑１．２２米，鏡筒長達１２米的大型金屬反射望遠鏡。赫歇爾反射式。大炮」十分笨重，很難使用。在赫歇爾的有生之年裡，他一直在使用一架直徑45釐米、長6米的反射望遠鏡，天王星的兩顆衛星，就是用這架望遠鏡發現的，而那架1.22米直徑、12.2米長的龐然大物則成為了一個旅遊景點。威廉·赫歇爾共製作過400多架望遠鏡，其中最大最著名的是這臺反射望遠鏡。
英國口徑1.8米的羅斯伯爵大望遠鏡「列維亞森」
大英帝國屬愛爾蘭天文學家羅斯伯爵大望遠鏡「列維亞森」1845製造的羅斯伯爵大望遠鏡「列維亞森」口徑72英寸（1.8米）望遠鏡。光底盤都有四噸重，整個機器約有16噸。耗資約達三萬英鎊。因為在愛爾蘭他家的地產上天氣條件極差，以至很少有使用這架笨重儀器之可能。（要四個人才能操縱它。）即使如此，羅斯爵士還是能做出一些重要的觀測。這臺望遠鏡在建成後長達70年的時間裡是當時世界上最大的望遠鏡。（直到1917年，世界上才有了更大的100英寸的望遠鏡，被安裝在威爾遜山天文臺。）1908年，他的一個孫子卸下了這架巨大的望遠鏡，它已經變得搖搖晃晃十分危險了。
上面是古老的天文望遠鏡，下面是各地的現代化的天文望遠鏡。
美國洛杉磯市外威爾遜山天文臺2.5米的美國胡克望遠鏡
坐落於洛杉磯市外威爾遜山天文臺100英寸（2.5米）的胡克望遠鏡。 在富商約翰-胡克的贊助下，口徑為100英寸的反射望遠鏡於1917年在威爾遜山天文臺建成。在此後的30年間，它一直是世界上最大的望遠鏡。為了提供平穩的運行，這架望遠鏡的液壓系統中使用液態的水銀。1919年阿爾伯特-麥可遜為這架望遠鏡裝了一個特殊裝置：一架幹涉儀，這是光學幹涉裝置首次在天文學上得到應用。麥可遜可以用這臺儀器精確地測量恆星的大小和距離。亨利-諾裡斯-羅素使用胡克望遠鏡的數據制定了他對恆星的分類正是使用這座望遠鏡，天文學家埃德溫·哈勃曾利用它收集到遙遠星系光譜的紅移，支持了宇宙膨脹的理論，從而推翻了當時普遍認為的宇宙不變的觀點。 1986年胡克望遠鏡停用，1992年安裝了自適應光學系統後又開始運用。在此後數年中，胡克望遠鏡又成為世界上解析度最高的望遠鏡。今天這個地位雖然被其他望遠鏡取代，但它仍然是20世紀最重要的科學儀器之一。
美國葉凱士天文臺102釐米美國葉凱士折射望遠鏡
1897年，美國葉凱士天文臺葉凱士折射望遠鏡口徑102釐米（40英吋）長逾18米相當於6層樓的高度，望遠鏡整體則重達18噸。望遠鏡由光學大師克拉克（Alvan Clark）建造，與天文臺一起落成啟用。由於折射望遠鏡對玻璃材料要求非常高，因此，折射望遠鏡的發展達到了頂點，此後的這一百年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現。儘管它比胡克望遠鏡看得更遠，分辨能力更強，但它並沒有使人類對宇宙的有更新的認識。正如阿西摩夫所說：「海耳望遠鏡就像半個世紀以前的葉凱士望遠鏡一樣，似乎預兆著一種特定類型的望遠鏡已經快發展到它的盡頭了」。在1976年蘇聯建造了一架600釐米的望遠鏡，但它發揮的作用還不如海耳望遠鏡，這也印證了阿西摩夫所說的話。 世界上現有的8架70釐米以上的折射望遠鏡有7架是在1885年到1897年期間建成的。
世界上最大的折射望遠鏡德國陶登堡天文臺1.35米施密特望遠鏡
世界上最大的折射望遠鏡，德國陶登堡天文臺安裝的施密特望遠鏡，改正口徑1.35米，主鏡口徑2米。德國這臺折射鏡也超過了美國最大的葉凱士施米特望遠鏡。
美國利克天文臺口徑3米的 唐納德·沙恩望遠鏡
唐納德·沙恩望遠鏡，口徑為3米（120英寸）的反射式望遠鏡，位於美國加利福尼亞州聖荷西市的東部，漢密爾頓山的山頂上，海拔4200,米的利克天文臺（Lick Observatory），1959年安裝的唐納德·沙恩望遠鏡，是利用了已經在康寧澆注的為製作海爾望遠鏡最終成型而準備的一塊圓盤狀玻璃做成的。1979年此望遠鏡命名為沙恩是為了紀念美國天文學家、利克天文臺的董事唐納德·沙恩，這臺望遠鏡最著名的就是最早安裝了自適應光學和雷射導星系統望遠鏡之一。自適應光學（Adaptive optics，縮寫為AO）是一項使用可變形鏡面矯正因大氣抖動造成光波波前發生畸變，從而改進光學系統性能的技術。自適應光學的概念和原理最早是在1953年由海爾天文臺的胡瑞斯·拜勃庫克（Horace Babcock）提出的，但是超越了當時的技術水平所能達到的極限，只有美國軍方在星球大戰計劃中秘密研發這項技術。冷戰結束後，1991年5月，美國軍方將自適應光學的研究資料解密，計算機和光學技術也足夠發達，自適應光學技術才得以廣泛應用。配備自適應光學系統的望遠鏡能夠克服大氣抖動對成像帶來的影響，將空間解析度顯著提高大約一個數量級，達到或接近其理論上的衍射極限。第一臺安裝自適應光學系統的大型天文望遠鏡是歐洲南方天文臺在智利建造的3.6米口徑的新技術望遠鏡。目前越來越多的大型地面光學/紅外望遠鏡都安裝了這一系統，比如位於夏威夷莫納克亞山的8米口徑雙子望遠鏡、3.6米口徑的加拿大-法國-夏威夷望遠鏡、10米口徑的凱克望遠鏡、8米口徑的日本昴星團望遠鏡等等。自適應光學已經逐步成為各大天文臺所廣泛使用的技術，並為下一代更大口徑的望遠鏡的建造開闢了道路。
座夏威夷的毛納基峰的加拿大-法國-夏威夷望遠鏡（CHFT，口徑3.58米）
加拿大-法國-夏威夷望遠鏡（CFHT）座落在夏威夷的毛納基峰最高峰(4,205米)的附近，口徑3.58米，主焦點是卡塞格林的結構。CFHT外掛了三件儀器。望遠鏡完成年代：1979年，在絕佳的視寧度下成為世界解像力最佳的天文望遠鏡，因此被稱為地面上的太空望遠鏡。
MegaPrime：由36個340百萬畫素組合成的廣角的高解析度CCD。
廣角紅外線相機（WIR Cam）：由臺灣和韓國製造，以4個紅外線檢測器組成的16百萬畫素攝影機。
EspaDOnS：一個新的攝譜儀/ spectropolarimeter梯形陣列。另外還有三件儀器可供選用：PUEO：一個自適應光學平臺。Gecko：一架解析度很高的攝譜儀。MOS：多目標攝譜儀。
澳洲3.9米英澳望遠鏡（Anglo-Australian Telescope，AAT）
英澳望遠鏡（Anglo-Australian Telescope，AAT）是座落於澳洲1,100米高的山區，架設在賽丁泉天文臺內，由英澳天文臺操作的一架口徑3.9米，架臺為赤道儀式的望遠鏡。它是由英國和澳洲共同出資建造的，為全球的天文學家提供可觀測的時間。它裝備了大量的工具，包括兩度視場設備（2df），可以在2°的視場內選擇400個觀測的天體，同時進行光譜觀測的機器人光纖定位器；倫敦大學的?chelle光譜儀（UCLES），一個高解析的光譜儀，曾經用他發現了許多的太陽系外行星；還有IRIS2，一個廣角的紅外線照相機和光譜儀。在1970年代，當主要的望遠鏡仍多位於北半球時，它於1974年就對南半球的天空展開了高品質的觀測。AAT是最後一架採用赤道儀架臺的大望遠鏡，之後新建的大望遠鏡都採用更緊密和機械上更穩定的經緯儀架臺。但是AAT是第一架全部採用電腦控制的望遠鏡，在指向性與追蹤精度上都建立了新的標準。在2000年的大眾機械雜誌上的文章指出，由九個在英國和美國的機構聯合操作下，AAT發現了三顆新的行星。
美國基特峰國立天文臺的4米梅耶爾望遠鏡
梅耶爾望遠鏡（Mayall Telescope）是位於美國亞利桑那州基特峰國立天文臺的一架4米口徑光學望遠鏡，是基特峰上口徑最大的一臺望遠鏡。該望遠鏡建成於1973年2月27日，耗資1,000萬美元。在同年6月20日舉行的望遠鏡命名典禮上，美國國家科學基金會的會長宣布這臺望遠鏡以曾在1960－1970年期間擔任基特峰國立天文臺臺長的尼可拉斯·梅耶爾（Nicholas Mayall）博士的名字命名。
美國4.3米的探索頻道望遠鏡
探索頻道望遠鏡（Discovery Channel Telescope，DCT）是一座口徑4.3米的望遠鏡[2]，由位於美國亞利桑那州旗杆市的羅威爾天文臺和探索頻道合造。該望遠鏡位於靠近快樂傑克森林保護區的可可尼諾國家森林區域內[3]。望遠鏡址的海拔2360米，位於旗杆市南南東方約65公裡處。該計劃是由羅威爾天文臺和探索傳播合作進行。在計劃初期該望遠鏡耗資約5300萬美金。探索頻道望遠鏡將顯著提升羅威爾天文臺的觀測能力，以及在一些重要的領域中進行開創性研究。探索頻道望遠鏡的建設完成於2012年2月，並在同年4月開光。羅威爾天文臺和探索傳播於2003年2月建立夥伴關係以建造探索頻道望遠鏡。2004年11月該計劃收到了來自美國林務署核發的位於望遠鏡現址的特殊許可證，並立即展開了該地現有道路改善工程。主鏡的鏡胚於2005年下半年在康寧公司製成。高26米、直徑19米的望遠鏡圓頂和附屬支撐設備工程於2005年9月中開始建造。望遠鏡主鏡的磨製與拋光則是由亞利桑那大學光學學院完成，最後重量3000公斤，耗時3年。主鏡於2010年6月送到望遠鏡址後鍍上一層鋁，於2011年8月裝上望遠鏡。探索頻道望遠鏡於2012年完成並開光。它的口徑預期是4.2米，但原來可用的口徑是4.3米。
世界第三大單鏡面的英國4.2米鏡威廉·赫歇爾望遠鏡（WHT）
威廉·赫歇爾望遠鏡（WHT）是世界第三大單鏡面望遠鏡，（第一大的就前蘇聯的口徑6米的經緯臺式大型望遠鏡，第二個就是美國的5米口徑的海耳望遠鏡）。這臺望遠鏡於1987年7月完成。在設計，建造和生產的WHT的 ??預算，控制系統，穹頂，建築，鋁罐和其他植物，和全套的儀器約15億美元（1984年10月價格計算）。威廉·赫歇爾望遠鏡，是其在歐洲的最大的光學望遠鏡，主鏡直徑為4.2米。它國家的最先進的儀器，坐落在有精湛的天空質量的西班牙拉帕爾瑪島羅奎克·德·羅斯·穆察克斯天文臺。威廉·赫歇爾望遠鏡是一種通用設備，儀表允許大範圍的天文觀測，從光學波長的紅外線，並覆蓋成像和光譜通過不斷的發展儀器儀表，特別是在自適應光學領域，威廉·赫歇爾望遠鏡保持在天文研究的最前沿。 威廉·赫歇耳望遠鏡的構想開始於1960年代末期，當英澳望遠鏡開始設計之時，英國的天文社會認為北半球也須要有相同威力的望遠鏡。計劃開始於1974年，但是因為預算快速的增加，在1979年時已經瀕臨被廢氣的邊緣。從新設計在實質上去除了價格的包袱，加上荷蘭投資了20%的資金，使計劃在1981年得以繼續進行，這一年也是威廉·赫歇耳發現天王星的200周年，因此這架望遠鏡被命名為威廉赫歇爾望遠鏡，以示尊榮。這架望遠鏡屬於牛頓望遠鏡集團之一。牛頓望遠鏡集團主要是：4.2米鏡威廉·赫歇爾望遠鏡（WHT）、2.5米的艾薩克·牛頓望遠鏡，還有個一米口徑的雅各布-卡普坦望遠鏡。
拉帕爾瑪島羅奎克·德·羅斯·穆察克斯天文臺2.5米的艾薩克·牛頓望遠鏡（2000年以前該望遠鏡噴塗的是黃色油漆，2001年後就改成白色的了）
西班牙拉帕爾瑪島羅奎克·德·羅斯·穆察克斯天文臺一米口徑的雅各布-卡普坦望遠鏡
美國帕洛馬山天文臺5米海耳巨型反射望遠鏡
帕洛馬山天文臺, 口徑為200英寸（5米）的海耳巨型反射望遠鏡。海耳望遠鏡坐落在帕洛馬山上，自洛杉磯向南3個小時車程。這臺望遠鏡同樣是喬治·埃勒理·海耳主持建造的，可惜他沒能等到望遠鏡建成的那一天。望遠鏡的建造耗時20年，直到1949年才第一次投入使用。要澆制一塊如此巨大、絕無任何瑕疵的光學玻璃就是一大難題。光是澆制後讓它在巨型爐內恆溫冷卻就花費了10個月，然後是長達8個月的熱處理，進一步的精細加工更是耗去了7個春秋，被磨去的玻璃屑重達4.5噸！在1993年10米的凱克望遠鏡建成之前，海耳望遠鏡一直是世界上分辨能力最強的望遠鏡。在恆星起源等重要謎題上，這架望遠鏡發揮著重要作用。
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