最初の望遠鏡は屈折望遠鏡でした。レンズを使って光を集め、焦点を合わせる仕組みです。ガリレオは1609年に自作の望遠鏡を空に向けて、木星の衛星、金星の満ち欠け、月の山々を発見しました。彼の観測は、地球中心説を覆し、地球が太陽の周りを公転していることを確立するのに役立ちました。

屈折望遠鏡は、凸レンズの対物レンズを使って光を集め、焦点に合わせます。接眼レンズは像を拡大します。対物レンズの焦点距離が長いほど、倍率は高くなります。初期の屈折望遠鏡は、色収差を低減するために非常に長く、時には40メートルを超えるものもありました。そのため、扱いにくいものでした。

色収差は屈折望遠鏡の最大の弱点である。異なる色の光が異なる点で焦点を結ぶため、色のにじみが生じる。18世紀に発明されたアクロマートレンズは、2種類のガラスを用いてこの影響を軽減する。アポクロマートレンズはさらに色収差を低減するが、高価である。

屈折望遠鏡は、アマチュア天文家の間では今でも人気が高い。構造がシンプルで頑丈、メンテナンスもほとんど不要だ。月や惑星の観測には最適で、集光力よりも鮮明なコントラストが重要となる。しかし、深宇宙天体の観測には、反射望遠鏡の方が一般的に適している。