Primele telescoape au fost refractoare. Acestea foloseau lentile pentru a capta și focaliza lumina. Galileo și-a construit propriul telescop în 1609 și l-a îndreptat spre cer, descoperind sateliții lui Jupiter, fazele lui Venus și munții de pe Lună. Observațiile sale au contribuit la răsturnarea modelului geocentric și la stabilirea faptului că Pământul orbitează în jurul Soarelui.

Un telescop refractor folosește o lentilă obiectiv convexă pentru a colecta lumina și a o aduce la un focar. Un ocular mărește imaginea. Cu cât distanța focală a obiectivului este mai mare, cu atât mărirea este mai mare. Primele refractoare erau foarte lungi, uneori peste 40 de metri, pentru a reduce aberația cromatică. Acest lucru le făcea dificil de manevrat.

Aberația cromatică rămâne principala slăbiciune a refractoarelor. Culori diferite ale luminii se focalizează în puncte diferite, producând franjuri de culoare. Lentilele acromatice, inventate în secolul al XVIII-lea, folosesc două tipuri de sticlă pentru a reduce efectul. Lentilele apocromatice îl reduc și mai mult, dar sunt scumpe.

Refractoarele sunt încă populare în astronomia amatorică. Sunt simple, robuste și necesită puțină întreținere. Excelează pentru observarea Lunii și a planetelor, unde contrastul puternic contează mai mult decât puterea de captare a luminii. Dar pentru obiectele din cerul adânc, reflectoarele sunt de obicei alegerea mai bună.