Az első távcsövek refraktorok voltak. Lencséket használtak a fény összegyűjtésére és fókuszálására. Galilei 1609-ben építette meg a sajátját, és az ég felé irányította, felfedezve a Jupiter holdjait, a Vénusz fázisait és a Holdon található hegyeket. Megfigyelései segítettek megdönteni a geocentrikus modellt, és megállapítani, hogy a Föld a Nap körül kering.

A refraktoros távcső domború objektívlencsét használ a fény összegyűjtésére és fókuszba állítására. Az okulár nagyítja a képet. Minél nagyobb az objektív fókusztávolsága, annál nagyobb a nagyítás. A korai refraktorok nagyon hosszúak voltak, néha több mint 40 méteresek, hogy csökkentsék a kromatikus aberrációt. Ez nehezen kezelhetővé tette őket.

A kromatikus aberráció továbbra is a refraktorok fő gyengesége. A különböző színű fény különböző pontokban fókuszálódik, ami színsávokat hoz létre. A 18. században feltalált akromatikus lencsék kétféle üveget használnak a hatás csökkentésére. Az apokromatikus lencsék tovább csökkentik, de drágák.

A refraktorok továbbra is népszerűek az amatőr csillagászat körében. Egyszerűek, masszívak és kevés karbantartást igényelnek. Kiválóan alkalmasak a Hold és a bolygók megfigyelésére, ahol az éles kontraszt fontosabb, mint a fénygyűjtő képesség. A mélyég-objektumok esetében azonban a reflektorok általában a jobb választás.