اختراع تلسکوپ ها به یک عینک ساز هلندی به نام هانس لیپرشی نسبت داده می شود. این تلسکوپ یک عدسی نور شکن بود که به طور تصادفی در سال 1608 ساخته شد. این اختراع وی ابتدا برای مصارف نظامی مورد استفاده قرار گرفت.
دانشمند ایتالیایی گالیلئو گالیله جزو اولین کسانی بود که تلسکوپ ساخت. وی در سال 1609، تلسکوپ خود را ساخت و اولین کسی شد که با استفاده از تلسکوپ مشاهدات نجومی انجام داد و به مطالعه اجرام آسمانی پرداخت. تلسکوپ های اولیه گالیله شامل دو لنز شیشه ای بودند که در داخل یک لوله سربی توخالی و نسبتاً کوچک قرار داده می شدند. بزرگ ترین تلسکوپ گالیله در حدود 47 اینچ (120 سانتی متر) طول و 2 اینچ (5 سانتی متر) قطر داشت. پس از آن ستاره شناسانی مانند یوهان کپلر در آلمان و هویگنس در هلند تلسکوپ های قوی تر و بزرگ تری ساختند. به زودی این تلسکوپ ها به قدری بزرگ شدند که به راحتی با دست کنترل می شدند و نیاز به سوار شدن دایمی پیدا کردند. برخی از آنها بیش از 197 فوت (60 متر) بودند.
در این جا بود که مشکلاتی برای ساخت لنزهای مناسب این تلسکوپ ها به وجود آمد. به ویژه اعوجاج رنگی برای تلسکوپ ها به مسئله ای بسیار حاد تبدیل شد. اعوجاج رنگی در یک تصویر تولید شده توسط لنز، ناشی از ناتوانی لنز در تمرکز رنگ های مختلف نور در یک نقطه است. دانشمندان در آن زمان هیچ راهی برای اجتناب از این مشکل بلد نبودند، بنابراین تلسکوپ هایی طراحی کردند که در آنها از آینه های منحنی به جای لنز استفاده می شد.
در سال 1663، ریاضیدان اسکاتلندی جیمز گریگوری اولین تلسکوپ انعکاسی را طراحی کرد. اسحاق نیوتون، دانشمند انگلیسی، در سال 1668 طرح دیگری برای منعکس کننده ها ارایه کرد و دانشمند فرانسوی کسگرین نیز در سال 1672 طرح دیگری ارایه داد. هر سه طرح هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند. در دهه 1600 میلادی راه مناسبی برای پوشاندن شیشه با یک فیلم بازتاب کننده نازک وجود نداشت. این کاری است که امروزه برای ساختن آینه ها انجام می شود. بنابراین بازتاب کننده های اولیه از آینه هایی استفاده می کردند که از فلز جلا ساخته شده بودند. نیوتن از مخلوطی از مس، قلع و آرسنیک برای تولید یک آینه استفاده می کرد که تنها می توانست 16 درصد از نوری که دریافت می کرد را منعکس کند. آینه های امروزی نزدیک به 100 درصد از نوری که به آنها برخورد می کند را منعکس می کنند.
در اوایل دهه 1730 کشف شد که می توان با قرار دادن دو لنزی که از دو نوع شیشه مختلف ساخته شده اند در جای لنزهای اصلی تلسکوپ، اعوجاج رنگی را به حداقل رساند اما این کار تا اوایل دهه 1800 که علم شیشه سازی به اندازه کافی پیشرفته شد تا این تکنیک عملی شود به انجام نرسید. در پایان قرن 19، تلسکوپ های انعکاسی با لنزهایی که تا یک متر قطر داشتند ساخته شدند.
در قرن 20 بار دیگر ابتکاراتی در زمینه منعکس کننده ها صورت گرفت و این زمانی بود که تکنیک ها برای ساخت آینه های بسیار بزرگ و دقیق پیشرفت کردند. در حال حاضر هم بزرگ ترین تلسکوپ های نوری جهان منعکس کننده هستند و آینه های آنها تا 19 فوت (6 متر) قطر دارند. از دهه 1930 تلسکوپ های رادیویی برای شناسایی و تشکیل تصاویر از امواج رادیویی ساطع شده از اجرام آسمانی مورد استفاده قرار گرفتند. سپس تلسکوپ هایی برای مشاهده اشیا و پدیده ها با تمرکز دادن سایر بخش های طیف الکترومغناطیسی (ستاره شناسی اشعه گاما، ستاره شناسی مادون قرمز، ستاره شناسی با اشعه ماورای بنفش، ستاره شناسی اشعه ایکس) طراحی شدند.
پرواز فضایی این امکان را به وجود آورده که تلسکوپ ها (به عنوان مثال، تلسکوپ فضایی هابل) به مدار زمین ارسال شوند. ارسال تلسکوپ به فضا برای در امان ماندن از پراکندگی و جذب نور ناشی از اثرات جوی است.