伽利略憑借望遠鏡觀測到了太陽黑子、月球環形山、木星的衛星（伽利略衛星）、金星的盈虧等現象，這些現象有力地支持了哥白尼的日心說。伽利略的望遠鏡利用光的折射原理制成，所以叫做折射鏡。
在現代天文學中，天文望遠鏡包括了射電望遠鏡、紅外望遠鏡、X射線和伽馬射線望遠鏡。天文望遠鏡的概念又進一步地延伸到了引力波、宇宙射線和暗物質的領域。日常生活中的光學望遠鏡又稱“千里鏡”。它主要包括業余天文望遠鏡、觀劇望遠鏡和軍用雙筒望遠鏡。
天文望遠鏡發展趨勢國際間的合作加強：尤其是以美國國家宇航局和歐洲宇航局及南方天文臺為首的國際間合作越來越多。許多重大項目都需要國際間的攜手合作，探測精度越來越高。由于光電器件的飛速發展，系統探測的靈敏度、信噪比等綜合性能得到了極大的提高。
