アイザック・ニュートンは1668年に世界初の反射望遠鏡を製作しました。彼は光を集束させるためにレンズではなく、湾曲した鏡を用いました。この設計により、屈折望遠鏡を悩ませていた色収差という問題が解決されました。レンズは異なる色の光を異なる角度で屈折させるため、明るい物体の周囲に虹色の縞模様が生じます。一方、鏡はすべての波長の光を均等に反射するため、像は常に鮮明に保たれます。

反射望遠鏡は、主鏡を使って光を集め、焦点を合わせます。ニュートン式では、上部近くにある小さな平面鏡が光を側面から接眼レンズに反射します。カセグレン式では、副鏡が光を主鏡の穴を通して反射します。リッチー・クレチアン式やグレゴリアン式など、他の方式では、目的に応じて異なる鏡の配置が用いられます。

鏡はレンズよりもはるかに大きく作ることができます。なぜなら、鏡は背面から支えることができるからです。そのため、世界最大の望遠鏡は反射望遠鏡です。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は6.5メートルの分割鏡を備えています。チリで建設中の超大型望遠鏡（ELT）は39メートルの鏡を備える予定です。これらの装置は、どんなレンズよりもはるかに多くの光を集めることができます。

ニュートンの設計は今日でも使われているが、現代の望遠鏡ははるかに高度化している。原理は同じで、湾曲した鏡、焦点、そして宇宙の像という仕組みだ。