以透鏡為物鏡的望遠鏡稱為折射望遠鏡。即使將鏡筒加長，對鏡頭進行加工，也無法消除色差。牛頓曾認為折射望遠鏡的色差是無法治愈的，但后來被證明過于悲觀。1668年，他發明了反射式望遠鏡，解決了色差問題。
望遠鏡里的鏡子直徑只有2.5厘米，但它能清楚地看到木星的月亮和金星的盈虧。1672年，牛頓制造了一個更大的反射望遠鏡，并把它交給了英國一個學會，它現在仍保存在皇家學會圖書館里。1733年，英國人制造了一臺消色差折射望遠鏡。
1758年，波蘭在倫敦制造了同樣的望遠鏡。他用不同折射率的玻璃分別制作凸透鏡和凹透鏡，使它們的彩色邊互相偏移。然而，制作一個大的鏡頭并不容易。目前，世界上很大的折射望遠鏡直徑為102厘米，安裝在阿德斯天文臺。
戰后，反射式望遠鏡在天文觀測中發展迅速。1950年，在帕洛馬山上安裝了一臺直徑為5.08米的海爾反射望遠鏡。1969年，前蘇聯北高加索的帕斯圖霍夫山上安裝了直徑6米的鏡子。1990年，美國宇航局將哈勃太空望遠鏡送入軌道。
