Os primeiros telescópios eram refractores. Usavam lentes para recolher e focar a luz. Galileu construiu o seu próprio em 1609 e apontou-o para o céu, descobrindo as luas de Júpiter, as fases de Vénus e as montanhas da Lua. As suas observações ajudaram a derrubar o modelo geocêntrico e a estabelecer que a Terra orbita o Sol.

Um telescópio refrator utiliza uma lente objetiva convexa para recolher a luz e focalizá-la. Uma ocular amplia a imagem. Quanto maior for a distância focal da objetiva, maior será a ampliação. Os primeiros refractores eram demasiado compridos, por vezes com mais de 40 metros, para reduzir a aberração cromática. Isso tornava-os difíceis de manusear.

A aberração cromática continua a ser a principal desvantagem dos refractores. Diferentes cores da luz concentram-se em diferentes pontos, produzindo franjas de cor. As lentes acromáticas, inventadas no século XVIII, utilizam dois tipos de vidro para reduzir este efeito. As lentes apocromáticas reduzem-no ainda mais, mas são caras.

Os telescópios refratores ainda são populares entre os astrónomos amadores. São simples, robustos e requerem pouca manutenção. Destacam-se na observação da Lua e dos planetas, onde o alto contraste é mais importante do que a capacidade de captação de luz. Mas, para objetos do céu profundo, os telescópios refletores são geralmente a melhor escolha.