ประเทศฮอลแลนด์ ได้ค้นพบหลักและคุณสมบัติของเลนส์นูนและเลนส์เว้า
เมื่อกาลิเลโอทราบข่าวเขาจึงนำหลักการนี้มาใช้สร้างกล้องโทรทรรศน์
เพื่อใช้ในการส่องดูสิ่งที่อยู่ในอวกาศ  อย่างไรก็ตามกล้องของกาลิเลโอยังมีข้อบกพร่อง
คือ เขาใช้เลนส์ตาเป็นเลนส์เว้า ทำให้ภาพที่เห็นมีความแคบ  

เคปเลอร์ได้สร้างกล้องโทรทรรศน์ขึ้นโดยใช้เลนส์ตาเป็นเลนส์นูน
ทำให้เขาสามารถเห็นภาพได้กว้างขึ้น แต่ก็ยังมีปัญหาความคลาดเคลื่อนทรงกลม
และความคลาดเคลื่อนสี  ต่อมานิวตันได้แก้ปัญหาดังกล่าวโดยใช้กระจกเว้าแทนเลนส์
ซึ่งแก้ปัญหาความคลาดสีได้ เขานับเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่สร้างกล้องโทรทรรศน์
โดยใช้หลักการสะท้อนของแสง  อีก 50 ปีต่อมา จอห์น ฮาร์ดลี่
ได้แก้ปัญหาการคลาดทรงกลมได้โดยใช้ผิวสะท้อนแสงเป็นผิวโค้งแบบพาราโบลา
ทำให้กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงเป็นที่นิยมกันมากขึ้น

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง  ส่วนประกอบที่สำคัญ คือ
เลนส์วัตถุทำหน้าที่รับแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลๆแล้ว เกิดภาพที่จุดโฟกัสและ
เลนส์ตาทำหน้าที่ขยายภาพจากเลนส์วัตถุ ถ้ามีความยาวโฟกัสสั้น
จะทำให้มองเห็นภาพได้โตกว่าเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสยาว  
กล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ยังแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
แบบที่ใช้เลนส์ตาเป็นเลนส์เว้าได้ภาพเสมือนหัวตั้งขนาดขยาย
และแบบเลนส์ตาเป็นเลนส์นูน จะได้ภาพจริงหัวกลับขนาดขยาย

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสงที่มีขนาดใหญ่ที่สุดอยู่ที่สหรัฐอเมริกา
ขนาดเลนส์ 40 นิ้ว มีความยาวโฟกัส 63 ฟุต

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง ใข้กระจกเว้าแทนเลนส์วัตถุ
แลัวใช้เลนส์ตาขยายภาพอีกครั้ง  แบ่งเป็นหลายแบบตามลักษณะของโฟกัส

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่โซเวียต มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 236 นิ้ว