1609年8月，伽利略向当时的威尼斯统治者演示他的望远镜。伽利略制作了一架口径4.2厘米，长约1.2米的望远镜。是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入望远镜时代。
牛顿反射式望远镜的原理并不是采用玻璃透镜使光线折射或弯曲，而是使用一个弯曲的镜面将光线反射到一个焦点之上。这种方法比使用透镜将物体放大的倍数要高数倍。牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。
18世纪晚期，德国音乐师和天文学家威廉-赫歇尔开始制造大型反射式望远镜。图中是赫歇尔所制造的最大望远镜，镜面口径为1.2米。该望远镜非常笨重，需要四个人来操作。赫歇尔是制作反射式望远镜的大师，因为爱好天文，从1773年开始磨制望远镜，一生制作的望远镜达数百架。
耶基斯折射望远镜座落于美国威斯康星州的耶基斯天文台，主透镜建成于1895年，是当时世界上最大望远镜。十九世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。
这幅图片拍摄于1946年，夜间操作员吉因-汉考克正在手动操控望远镜。1908年，美国天文学家乔治-埃勒里-海耳主持建成了口径60英寸的反射望远镜，安装于威尔逊山。这是当时世界上最大的望远镜，光谱分析、视差测量、星云观测和测光等天文学领域成为世界领先的设备。
在富商约翰-胡克的赞助下，口径为100英寸的反射望远镜于1917年在威尔逊山天文台建成。在此后的30年间，它一直是世界上最大的望远镜。为了提供平稳的运行，这架望远镜的液压系统中使用液态的水银。
海耳对胡克100英寸望远镜并不十分满意。1928年，他决定在帕洛马山天文台再架设了一台口径为200英寸的巨型反射望远镜。新望远镜于1948年完工并投入使用。
喇叭天线位于新泽西州贝尔电话实验研究所，曾用来探测和发现宇宙微波背景辐射。喇叭天线建造于1959年。喇叭天线辐射场可利用惠更斯原理由口面场来计算。口面场则由喇叭的口面尺寸与传播波型所决定。
甚大阵射电望远镜座落于美国新墨西哥州索科洛，于1980年建成并投入使用。甚大阵由27面直径25米的抛物面天线组成，呈Y型排列。天文学家可以利用甚大阵来研究黑洞、星云等宇宙各种现象。甚大望远镜是一组光学望远镜阵列。
哈勃太空望远镜发射于1990年4月。它位于地球大气层之上，因此它取得了其他所有地基望远镜从来没有取得的革命性突破。天文学家们利用它来测量宇宙的膨胀比率以及发生产生这种膨胀的暗能量和神秘力量。哈勃太空望远镜已到“晚年”。
凯克望远镜位于夏威夷莫纳克亚山，口径为10米。由于当今技术不可能实现单片望远镜镜面口径超过8.4米，因此凯克望远镜的镜面由36块六边形分片组合而成。凯内望远镜巨大的镜面使它使用起来非同一般，不只是因为它的大尺寸，还因为它是由36个直径为1.8米的六边形小镜片组成的。
“斯隆数字天空勘测计划”的2.5米望远镜位于美国新墨西哥州阿柏角天文台。该望远镜拥有一个相当复杂的数字相机，望远镜内部是30个电荷耦合器件(CCD)探测器。斯隆望远镜使用口径为2.5米的宽视场望远镜，测光系统配以分别位于u、g、r、i、z波段的五个滤镜对天体进行拍摄。
美国宇航局于2001年7月发射了威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星(WMAP)，用来研究宇宙微波背景以及宇宙大爆炸遗留物的辐射问题。WMAP绘制了首张清晰的宇宙微波背景图，从而可以精确地测定宇宙的年龄为137亿年。
“雨燕”(Swift)观测卫星发射于2004年，主要是用来研究伽玛暴现象。“雨燕”可在短短的一分钟内自动观测到伽玛暴现象。到目前为止，它已经发现了数百次伽玛暴现象。“雨燕”卫星实际上是一颗专门用于确定伽马射线暴起源、探索早期宇宙的国际多波段天文台。
