De første teleskopene var refraktorer. De brukte linser til å samle og fokusere lys. Galileo bygde sitt eget i 1609 og pekte det mot himmelen, og oppdaget Jupiters måner, Venus' faser og fjellene på månen. Observasjonene hans bidro til å snu den geosentriske modellen og fastslå at jorden går i bane rundt solen.

Et refrakterende teleskop bruker en konveks objektivlinse for å samle lys og bringe det i fokus. Et okular forstørrer bildet. Jo lengre brennvidden på objektivet er, desto større er forstørrelsen. Tidlige refraktorer var veldig lange, noen ganger over 40 meter, for å redusere kromatisk aberrasjon. Det gjorde dem uhåndterlige.

Kromatisk aberrasjon er fortsatt den største svakheten til refraktorer. Ulike farger av lys fokuserer på forskjellige punkter, noe som produserer fargefrynser. Akromatiske linser, oppfunnet på 1700-tallet, bruker to typer glass for å redusere effekten. Apokromatiske linser reduserer den ytterligere, men de er dyre.

Refraktorer er fortsatt populære for amatørastronomi. De er enkle, robuste og krever lite vedlikehold. De utmerker seg til å observere månen og planetene, der skarp kontrast er viktigere enn lysinnsamlingskraft. Men for objekter i dyp himmel er reflektorer vanligvis det bedre valget.