De första teleskopen var refraktorer. De använde linser för att samla och fokusera ljus. Galileo byggde sina egna år 1609 och riktade dem mot himlen, och upptäckte Jupiters månar, Venus faser och bergen på månen. Hans observationer hjälpte till att kullkasta den geocentriska modellen och fastställa att jorden kretsar kring solen.

Ett refraktionsteleskop använder en konvex objektivlins för att samla in ljus och fokusera det. Ett okular förstorar bilden. Ju längre objektivets brännvidd är, desto större blir förstoringen. Tidiga refraktorer var mycket långa, ibland över 40 meter, för att minska kromatisk aberration. Det gjorde dem otympliga.

Kromatisk aberration är fortfarande refraktorers största svaghet. Olika ljusfärger fokuseras på olika punkter, vilket skapar färgfransar. Akromatiska linser, som uppfanns på 1700-talet, använder två typer av glas för att minska effekten. Apokromatiska linser minskar den ytterligare, men de är dyra.

Refraktorer är fortfarande populära inom amatörastronomi. De är enkla, robusta och kräver lite underhåll. De utmärker sig för att observera månen och planeterna, där skarp kontrast är viktigare än ljusinsamlingsförmågan. Men för objekt i djup himlen är reflektorer vanligtvis det bättre valet.