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天文学的最大进步之一便是摄影术在天体研究上的应用。回到19世纪40年代，纽约的德雷珀（Draper）成功完成了一张月亮的银版照相（daguerreotype）。利用更进步的发明，哈佛天文台的邦德（Bond）和纽约的卢瑟福（Rutherford）开始把这项技术应用到月亮星辰摄影上面去。这些先驱的企图当然不能与现代的天体摄影相媲美，但是卢瑟福所摄的昴星团及其他星团的相片到现在还有天文学的价值，也就可见他们的成功了。
为星辰照相是可以用普通照相机的，只要我们把它安置得像一架赤道仪一样可以追随星辰的周日视运动。几分钟的曝光便可以拍摄到比肉眼所见更多的星了——事实上用大照相机的拍摄是连一分钟也用不到的。可是天文学家平时所用的却是一种摄影望远镜。普通摄影机自然也能用，只要加上相当的改善装置，但为了得到最好的效果，望远镜的物镜必须造得使紫光蓝光到同一焦点，因为这种光是摄影底片最敏感的。
为摄影而设计的折射望远镜常做得比同口径的目视望远镜要短些，为的是可以同时多见更大的天空。同时，为了使大视野的像更清晰并减少颜色的模糊，其中的物镜常是两重的，便是所谓的“双分离物镜”（doublet），例如巴纳德（Barnard）用来成功实现他的举世无双的银河及彗星摄影的布鲁斯双分离物镜（Bruce doublet）。而哈佛天文台的61厘米双分离物镜，曾经大大增加了我们对南半天球的认知。只要物镜充分消去色散以后，折射望远镜是既可以目视又可用作摄影研究的。
在今日来说，摄影底片已大量地代替了眼睛被用在望远镜上。晴朗的天空被大量摄影，而这些永久的记录又便于精密的研究。常常在一个特别有趣的天体（例如新行星或新星）被发现以后，天文学家还可以在早先的该部分天空影片中寻找发现前许多年的历史。发现冥王星时的情形便是这样。
古代的天文学家记录太阳黑子、日食、行星、彗星、星云及其他天体的现象都用尽可能正确的图画。这些图画要长时间才能制成，其中还有艺术家个人的偏见。有时两位天文学家对同一天体的两张画竟互不相似，或者到后来又发现与原先的也大不相同。用摄影术我们可得到更真切的天体的影像，而且常常需要的时间更短。
天体摄影最大的优点是在长时间的曝光之后，底片上可得到许多肉眼看不大清楚或简直看不见的情形。譬如，有些星云在照片中很明显，眼睛却在最大的望远镜中也不能看见。对一个极其暗弱的天体摄影需要若干小时的曝光，需要望远镜的活动部分移动得异常准确，需要天文学家的技术与耐性，这才能得到一张清晰的图画。
光电耦合器件CCD的应用，使照相底片也成了历史。CCD可对天体进行实时观测，量子效率更高，拥有照相底片所没有的许多优点。