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在观测可见的天空区域时，天文学家所使用的仪器都是基于同一原理：一只口径尽可能大的光学镜头，可以接受并聚焦天体的光线，并通过另一件装置结成影像以便进行仔细观察。天文爱好者可以仅用眼睛通过一组透镜来观测天象，就像用放大镜一样。而天文研究者则要考虑到如何记录图像，还需要使用所有各种对光线敏感的材料。过去使用的是照片底片，现在都是类似数码相机上使用的极为敏感的电子仪器。
在英文里，都是用同一个词“telescope”（望远镜）来形容天文学使用的各种装置。而法国人喜欢追求精确的字眼，要区分普通望远镜和反射望远镜的差别，这很有道理！而实际上从其各自的功能和用途来看，它们确实是完全不同的仪器。普通的天文望远镜其镜头装置是一组透镜，物镜是一片单一的凸透镜。而反射望远镜里面是一片主反射镜，再附加一片较小的副反射镜，把影像传到主镜的视界后面。为了不再计较语言用词问题，今后习惯上只用“望远镜”一词来描述天文学上使用的观测仪器，不管它的光学结构是否由凹面反射镜构成。
天文望远镜在16世纪末来自意大利或荷兰，我们不清楚它的发明者是谁；它只不过就是水手使用的那种望远镜。直到1609年，首次由伽利略把它作为天文观测的仪器。而反射望远镜则要归功于英国的数学家兼物理学家牛顿，是他在1671年亲手造出了第一台可供使用的望远镜。
人们常说，牛顿发现万有引力定律是源于一个苹果的坠落。但不管怎样，牛顿确实因这条定律而闻名于世：“一切物体之间的相互引力与它们的质量成正比，并且与物体之间的距离平方成反比。”他还以其光学理论闻名于光学及天文学领域，通过借鉴法国神学家兼科学家马林·梅森
和苏格兰数学家兼天文学家詹姆斯·格里高利
的研究成果制作了第一架反射望远镜。他的主要著作《自然哲学的数学原理》出版于1687年。牛顿也曾备受争议，与他在微积分方面产生争议的有德国人莱布尼茨，在光的属性方面发生争议的有荷兰人惠更斯，还有牛顿的同胞罗伯特·胡克也在万有引力方面与他发生过争议。不过人们对他对炼丹术的热衷不亚于对物理学的研究这一点则知之甚少……如果我们不注意他在炼丹术和物理学这两个方面的研究，就很难理解牛顿和他所处时代的科学环境，这种事情如果发生在21世纪的人身上同样会让人大跌眼镜！
普通天文望远镜和反射望远镜，可以让我们看到那些有一定宽阔视角的天体的放大形状（如一些行星和星系），而恒星看起来仍然是一些亮点。但是望远镜的开口越大，即它的镜头口径越大，越能让我们看到更多前所未见的新星体。另外一个重要特性是分辨力，即望远镜所能分辨出最小细节的能力。
为了增强一架望远镜的分辨力，从理论上讲，只要把镜头口径加大就行了，但在实践中，由于受到大气层的干扰，获得的改善效果有限。要解决这种困扰，有两种可行的办法：应用调试光学方式对大气干扰进行补偿；再就是使用太空望远镜，它可以在地球大气之外进行观测活动。
但是，只要增大镜头的尺寸就能改善望远镜的敏感度，所以反射式望远镜最终取代了普通天文望远镜。其实安装大尺寸的透镜会遇到诸多难以克服的技术难题。因此像建于1897年的叶凯士天文台
大型折射式望远镜，它有一块创纪录的大口径物镜（102厘米），而它的整体长度却长达二十多米！
体积庞大的天文望远镜
随着人们与日俱增的希望观测更加遥远空间的需求，促使天文学家转向反射式望远镜。这个转变过程的例证就是在1918年于美国威尔逊山天文台投入使用的大型胡克望远镜。这架具有硕大镜面（直径254厘米）的望远镜令这些大型望远镜声名显赫，因为哈勃正是用它发现了宇宙的膨胀现象。
很多天文学家都希望一眼就能观测到最广阔的天空景象。对于多数折射望远镜而言，为了避免影像产生太多畸变，镜头都由许多片透镜组成，否则就得在镜头直径十几倍远的距离观看形成的影像，这就是适合一般业余新手使用的天文望远镜。而且镜头的镜片玻璃须非常均质，这对直径大于1米的透镜而言，绝非易事。而反射式望远镜使用一片反射镜面作为镜头，同样的口径条件下体积更为紧凑，因此在机械方面所受限制更少。这种望远镜还有更多优势，在整个光谱范围内，从无线电波到不太强烈的X射线的观测，都可以使用。
现在，天文学家都转而热衷于使用那些能够“观测”到电磁波光谱中其他部分的观测仪器，也就是要建造那些能够接收非光学方式，只由宇宙射线、中微子或者引力波所传递的信息的“望远镜”。