Los primeros telescopios fueron refractores. Utilizaban lentes para captar y enfocar la luz. Galileo construyó el suyo propio en 1609 y lo apuntó al cielo, descubriendo las lunas de Júpiter, las fases de Venus y las montañas de la Luna. Sus observaciones contribuyeron a refutar el modelo geocéntrico y a establecer que la Tierra orbita alrededor del Sol.

Un telescopio refractor utiliza una lente objetivo convexa para captar la luz y enfocarla. Un ocular amplifica la imagen. Cuanto mayor sea la distancia focal del objetivo, mayor será la magnificación. Los primeros refractores eran muy largos, a veces de más de 40 metros, para reducir la aberración cromática. Esto los hacía difíciles de manejar.

La aberración cromática sigue siendo la principal debilidad de los refractores. Los diferentes colores de la luz se enfocan en distintos puntos, produciendo franjas de color. Las lentes acromáticas, inventadas en el siglo XVIII, utilizan dos tipos de vidrio para reducir este efecto. Las lentes apocromáticas lo reducen aún más, pero son costosas.

Los telescopios refractores siguen siendo populares entre los aficionados a la astronomía. Son sencillos, robustos y requieren poco mantenimiento. Son excelentes para observar la Luna y los planetas, donde el contraste nítido es más importante que la capacidad de captación de luz. Sin embargo, para objetos de cielo profundo, los reflectores suelen ser la mejor opción.