望远镜起源于眼镜。人类在约700年前开始使用眼镜。公元1300年前后，意大利人开始用凸透镜制作老花镜。公元1450年左右，近视眼镜也出现了。
1608年，荷兰眼镜制造商汉斯·里帕希（H.Lippershey）的一个学徒偶然发现，将两块透镜叠在一起可以清楚看到远处的东西。
1609年，意大利科学家伽利略听说这个发明以后，立刻制作了他自己的望远镜，并且用来观测星空。自此，第一台天文望远镜诞生了。伽利略凭借望远镜观测到了太阳黑子、月球环形山、木星的卫星（伽利略卫星）、金星的盈亏等现象，这些现象有力地支持了哥白尼的日心说。伽利略的望远镜利用光的折射原理制成，所以叫作折射镜。 共2张 伽利略于1609年制成的望远镜，口径4.2厘米。
1663年，苏格兰天文学家格里高利利用光的反射原理制成格里高利式反射镜，但是由于制作工艺不成熟而未能流行。
1667年，英国科学家牛顿稍微改进了格里高利的想法，制成了牛顿式反射镜，其口径只有2.5厘米，但是放大倍率超过30倍，还消除了折射望远镜的色差，这使得它非常实用。[1]
1672年，法国人卡塞格林利用凹面镜和凸面镜，设计了现在最常用的卡赛格林式反射镜。这种望远镜焦距长而镜身短，放大倍率大，图像清晰；既可用于研究小视场内的天体，又可用以拍摄大面积的天体。哈勃望远镜采用的就是这种反射望远镜。
1781年英国天文学家赫歇尔兄妹(W.Herschel和C.Herschel)用自制的15厘米口径反射镜发现了天王星。此后，天文学家给望远镜加装了许多功能，使之具备光谱分析等能力。 口径5.08米的海尔望远镜。
1862年，美国天文学家克拉克父子(A.Clark和A.G.Clark)制造了47厘米口径折射镜，拍到了天狼星伴星的图片。1908年美国天文学家海尔领导建成了1.53米口径反射镜，拍到了天狼星伴星的光谱。
1948年，海尔望远镜落成，其5.08米的口径足以观测分析遥远天体的距离和视向速度。[2]
1931年，德国光学家施密特制成施密特式望远镜。
1941年苏俄天文学家马克苏托夫制成马克苏托夫-卡塞格林式折返镜，丰富了望远镜的种类。
在近现代和现代，天文望远镜已经不局限于光学波段了。1932年，美国无线电工程师探测到了来自银河系中心的射电辐射，标志着射电天文学的诞生。1957年人造卫星上天以后，空间天文望远镜蓬勃发展。新世纪以来，中微子、暗物质、引力波等新型望远镜方兴未艾。现在，天体发出的许多信息都已经成为天文学家的眼底之物，人类的视野越来越广阔了。[2]
2021年11月初，经过漫长的工程研制和集成测试，万众期待的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope，缩写为JWST）终于运抵坐落于法属圭亚那的发射场，将于近期发射升空。[18]
口径、焦距、焦比
口径(D)是物镜的直径，口径大小决定了光学系统的分辨力。根据瑞利判据，望远镜的分辨力和口径相关。口径越大，分辨力越强。焦距(f)是望远镜物镜到焦点的距离，决定了光学系统在像平面上成像的大小。对于天文摄影来说，物距（被观测天体的距离）可以认为是无穷远，因此像距就等于焦距，所以像平面也被称为焦平面。望远镜焦距越长，焦平面上成的像越大；反之则越小。焦比(F)是望远镜的焦距除以望远镜的通光口径，即F=f/D，它决定焦平面上单位时间内单位面积接收到的光子数量。也被作为曝光效率的重要指标。焦比越小，焦平面上单位面积接收到的光子就越多；反之则越少。也就是说焦比越小的镜子曝光效率越高。[3] 焦距越长，焦平面上成的像越大，反之则越小。