De første teleskoper var refraktorer. De brugte linser til at indsamle og fokusere lys. Galileo byggede sine egne i 1609 og pegede dem mod himlen, hvorved han opdagede Jupiters måner, Venus' faser og bjergene på Månen. Hans observationer hjalp med at vende den geocentriske model og fastslå, at Jorden kredser om Solen.

Et refraktionsteleskop bruger en konveks objektivlinse til at opsamle lys og bringe det i fokus. Et okular forstørrer billedet. Jo længere objektivets brændvidde er, desto større er forstørrelsen. Tidlige refraktorer var meget lange, nogle gange over 40 meter, for at reducere kromatisk aberration. Det gjorde dem uhåndterlige.

Kromatisk aberration er fortsat den største svaghed ved refraktorer. Forskellige farver af lys fokuserer på forskellige punkter, hvilket skaber farvefrynser. Akromatiske linser, opfundet i det 18. århundrede, bruger to typer glas til at reducere effekten. Apokromatiske linser reducerer den yderligere, men de er dyre.

Refraktorer er stadig populære inden for amatørastronomi. De er enkle, robuste og kræver minimal vedligeholdelse. De udmærker sig ved observation af Månen og planeterne, hvor skarp kontrast betyder mere end lysindsamlingsevne. Men til objekter i den dybe himmel er reflektorer normalt det bedre valg.