Isaac Newton construisit le premier télescope à réflexion en 1668. Au lieu d'utiliser une lentille pour focaliser la lumière, il employa un miroir courbe. Cette invention résolvait un problème qui affectait les télescopes à réfraction : l'aberration chromatique. Les lentilles dévient les différentes couleurs de la lumière de manière inégale, produisant des franges irisées autour des objets brillants. Les miroirs réfléchissent toutes les longueurs d'onde de façon égale, ce qui permet d'obtenir une image nette.

Un télescope à réflexion utilise un miroir primaire pour collecter et focaliser la lumière. Dans le télescope de Newton, un petit miroir plan situé près du sommet réfléchit la lumière latéralement vers l'oculaire. Dans le télescope de Cassegrain, un miroir secondaire réfléchit la lumière à travers un orifice pratiqué dans le miroir primaire. D'autres modèles, comme le télescope de Ritchey-Chrétien et le télescope grégorien, utilisent différentes configurations de miroirs selon les besoins.

On peut fabriquer des miroirs beaucoup plus grands que des lentilles, car un miroir peut être soutenu par l'arrière. C'est pourquoi les plus grands télescopes du monde sont des télescopes à réflecteur. Le télescope spatial James Webb possède un miroir segmenté de 6,5 mètres. L'Extremely Large Telescope (ELT), en construction au Chili, sera doté d'un miroir de 39 mètres. Ces instruments captent beaucoup plus de lumière que n'importe quelle lentille.

Le modèle de Newton est encore utilisé aujourd'hui, même si les télescopes modernes sont bien plus sophistiqués. Le principe reste le même : un miroir courbe, un foyer et une image du cosmos.