最早的望远镜，称为折射望远镜，在17世纪初由荷兰的眼镜制造商制造。它们使用一对透镜——一个凸透镜安装在镜筒末端，一个凹透镜用于目镜。在大多数情况下，这些望远镜被用于测绘土地和军事行动。意大利天文学家伽利略·伽利莱是最早将这种间谍镜指向天空的人之一。
德国天文学家约翰内斯·开普勒改进了凸凹设计，使用了一对凸透镜。优点是视野更宽，放大倍数更高，但图像是颠倒的。尽管如此，采用开普勒设计的望远镜制造商能够实现100倍的放大倍数，望远镜长度可达150英尺。然而，如此长的镜筒在风雨中表现不佳，使其效率不高。
艾萨克·牛顿爵士提供了一种基于反射（即曲面镜）的替代设计，这种设计能捕捉更多光线，并避免了光线穿过透镜时发生的扭曲棱镜效应，即色差。
两个多世纪以来，镜面尺寸、材料和质量不断提高——望远镜的尺寸也随之增加，直到太空时代，像哈勃和詹姆斯·韦伯这样的空间望远镜消除了地球大气的干扰。借助詹姆斯·韦伯，我们能够比以往任何时候都能看得更远，观测到大爆炸后形成的早期星系，距今超过130亿年。
如今，美国宇航局有多个空间望远镜项目正在进行中，包括南希·格蕾丝·罗马望远镜和宜居世界天文台。
1609年：折射望远镜
受荷兰和丹麦望远镜制造商的启发，伽利略于1609年制造了自己的望远镜。他的第一台望远镜提供了3倍放大倍数。多年来，他的设计不断改进。他最后的望远镜可以将物体放大30倍。
1610年：伽利略在其著作《星空信使》（Sidereus Nuncius）（The Starry Messenger）中的原始插图
幸运的是，伽利略不仅是一位才华横溢的天文学家，也是一位技艺精湛的艺术家，这使他能够捕捉到他通过镜片窥视的宇宙天体的详细图像。这张月球草图揭示了前所未见的——或从未被考虑过的——月球山脉和陨石坑。
1672年：艾萨克·牛顿爵士的反射望远镜
当光线穿过玻璃时，会被分解成彩色条带（红橙黄绿蓝靛紫），这意味着折射望远镜会受到色差的影响，从而影响图像质量。为了克服这种棱镜效应，艾萨克·牛顿爵士制造了一台使用曲面镜的反射望远镜。
洛朗·卡塞格林于1672年改进了牛顿的设计，使用了一个凹面主镜和一个凸面副镜，将光线反射回主镜的孔径到达目镜，从而在紧凑的镜筒中实现了长焦距。
1789年：赫歇尔望远镜
威廉·赫歇尔爵士的望远镜是一种反射式设计，拥有一个大主镜和一个放置在镜筒侧面的目镜，以避免阻碍光路。这使得更大的镜面和更强的聚光能力成为可能。
赫歇尔用他的望远镜之一发现了一颗新行星，他将其命名为乔治之星，以纪念英王乔治三世。这颗行星后来被命名为天王星。
赫歇尔绘制的星云图，出自1912年由英国皇家学会和皇家天文学会于伦敦出版的《威廉·赫歇尔爵士科学论文集》。
1900年：巴黎博览会巨型望远镜
这台长达57米的反射望远镜——比足球场的一半还长——由保罗·高蒂尔为1900年巴黎博览会建造。它拥有1.25米直径的镜面。
1917年：胡克望远镜
胡克望远镜由乔治·艾勒里·海尔设计，位于威尔逊山天文台，拥有100英寸（约2.54米）直径的镜面，是当时世界上最大的望远镜。它极大地推动了对星系和星云的研究。
埃德温·哈勃在20世纪20年代及以后使用了胡克望远镜，这为我们理解宇宙远大于我们所在的银河系以及大爆炸理论奠定了基础。
1990年：哈勃空间望远镜
由美国宇航局和欧洲空间局（ESA）建造的哈勃空间望远镜是一台运行在地球轨道上方、位于大气层之外的空间反射望远镜，拥有2.4米直径的镜面。在其投入使用时，它提供了前所未有的清晰度和细节来观测宇宙。
美国宇航局预计该望远镜将运行至2020年代末。
2021年：詹姆斯·韦伯空间望远镜
詹姆斯·韦伯空间望远镜是NASA、ESA和加拿大航天局（CSA）合作的项目，是一台先进的空间反射望远镜，拥有一个6.5米直径的分段式镜面。
它在红外光谱范围内工作，使其能够以极高的灵敏度观测遥远的星系、系外行星和其他天体现象。
韦伯望远镜围绕太阳运行，位于地日拉格朗日第二点（L2）附近，距离地球一百万英里。
