กล้องโทรทรรศน์เป็นเครื่องมือทางแสงที่ใช้เลนส์หรือกระจกและออปติกอื่นๆ เพื่อสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกล ใช้การหักเหของแสงผ่านเลนส์หรือแสงที่สะท้อนจากกระจกเว้าเข้าไปในรูเล็กๆ แล้วบรรจบกันเพื่อถ่ายภาพ จากนั้นจึงผ่านแว่นขยายเพื่อมองเห็น หรือที่เรียกว่า "ญาณทิพย์"
หน้าที่แรกของกล้องโทรทรรศน์คือขยายมุมเปิดของวัตถุที่อยู่ไกลออกไป เพื่อให้สายตามนุษย์มองเห็นรายละเอียดด้วยระยะเชิงมุมที่เล็กลง หน้าที่ที่สองของกล้องโทรทรรศน์คือการส่งลำแสงที่หนากว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตา (มากถึง 8 มม.) ที่รวบรวมโดยเลนส์ใกล้วัตถุเข้าไปยังดวงตามนุษย์ เพื่อให้ผู้สังเกตสามารถมองเห็นวัตถุจางๆ ที่ก่อนหน้านี้มองไม่เห็น
ในปี ค.ศ. 1608 Hans Liebersch ช่างประกอบแว่นตาในเนเธอร์แลนด์ บังเอิญพบกับเลนส์ 2 ตัวที่มองเห็นวัตถุระยะไกลได้อย่างชัดเจน และเขาได้รับแรงบันดาลใจให้สร้างกล้องโทรทรรศน์ตัวแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ ในปี 1609 Galileo Galilei ชาวฟลอเรนซ์ชาวอิตาลีได้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์กระจกสองชั้น 40x ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์เชิงปฏิบัติตัวแรกที่นำไปใช้งานทางวิทยาศาสตร์ หลังจากการพัฒนามากว่า 400 ปี กล้องโทรทรรศน์ก็มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ และระยะการสังเกตก็ไกลขึ้นเรื่อย ๆ