Die ersten Teleskope waren Linsenfernrohre. Sie nutzten Linsen, um Licht zu sammeln und zu bündeln. Galilei baute 1609 sein eigenes und richtete es in den Himmel, wodurch er die Jupitermonde, die Venusphasen und die Berge auf dem Mond entdeckte. Seine Beobachtungen trugen dazu bei, das geozentrische Weltbild zu widerlegen und zu beweisen, dass die Erde die Sonne umkreist.

Ein Linsenfernrohr nutzt eine konvexe Objektivlinse, um Licht zu sammeln und zu bündeln. Ein Okular vergrößert das Bild. Je länger die Brennweite des Objektivs, desto größer die Vergrößerung. Frühe Linsenfernrohre waren sehr lang, manchmal über 40 Meter, um chromatische Aberrationen zu minimieren. Das machte sie unhandlich.

Die chromatische Aberration ist nach wie vor die größte Schwäche von Refraktoren. Unterschiedliche Lichtfarben werden in unterschiedlichen Punkten gebündelt, wodurch Farbsäume entstehen. Achromatische Linsen, die im 18. Jahrhundert erfunden wurden, verwenden zwei verschiedene Glassorten, um diesen Effekt zu reduzieren. Apochromatische Linsen verringern ihn noch weiter, sind aber teuer.

Refraktoren sind in der Amateurastronomie nach wie vor beliebt. Sie sind einfach, robust und wartungsarm. Sie eignen sich hervorragend zur Beobachtung von Mond und Planeten, wo ein starker Kontrast wichtiger ist als ein hohes Lichtsammelvermögen. Für Deep-Sky-Objekte sind Reflektoren jedoch meist die bessere Wahl.