从伽利略第一次将望远镜指向夜空开始，人类对宇宙的认识开始迈入了一个全新的时代。依据光学原理，口径越大的望远镜能够汇聚更多的光线，能看到更加遥远、更加暗弱的天体。人类终于超越了眼睛的限制，从此可以看到更多的星星。同时，口径越大的望远镜拥有更高的角分辨率，能够让我们看清天体的细节，例如月球上的环形山、土星光环、木星大红斑等等。不过，无论是伽利略还是开普勒的望远镜都是利用光的折射原理制造的，光在通过透镜发生折射的同时还会发生色散现象，这就造成了不同颜色的光不能汇聚到同一个焦点上，从而产生色差。

对于折射望远镜来说，要想在高放大倍率下尽可能减小色差的影响，只有通过延长焦距的方法，于是在17世纪末出现了一些非常经典的长焦距折射望远镜。1672年，意大利天文学家卡西尼制造了一架长达11米的望远镜，并利用它发现了土星的第五颗卫星。波兰天文学家赫维留斯则制造了一架长达46米的望远镜，要支撑这么长的镜筒，整个望远镜需要由脚手架和起重机来进行支撑和移动。不过这类长焦距望远镜在观测上的价值似乎并不像他们的外形那样霸气，一阵风都可以使它的成像产生抖动和失真，严重的时候甚至会在一场大风后彻底坍塌。

牛顿对光学有很深的造诣，他在研究了色散现象以后总结出任何折射望远镜都会受到色散的影响。为了避免这一点，牛顿在1668年发明了反射望远镜。牛顿望远镜的主镜使用球面镜，副镜使用平面反射镜与折射望远镜相比，反射望远镜彻底杜绝了色差的影响。由于反射望远镜在制造工艺上只需要磨制一侧镜面，因此口径可以做的更大，价格也更为便宜。不过，虽然反射望远镜的优点足以让它在未来的日子里占据天文台的中心位置，但也并非完全没有缺点。它的缺点主要包括慧差，副镜对光路的遮挡，目镜在主镜前端带来的某些角度观测困难，以及光路校准问题等。

1672年，法国一位天主教神父卡塞格林发明了一种通过凸面副镜将光线反射到主镜中心的孔中抵达目镜的反射式塑远镜。这种望远镜的观测方式文回到了从望远镜底部面向目标方向进行观测，比起牛顿式反射望远镜垂直于观测方向的目镜位置，卡塞格林式望远镜显得更易于让人接受和习惯，也避免了大型牛顿式望远镜在观测天顶时近天体时，甚至需要动用两晨楼高的移动式楼梯才能够达到目镜所在的高度。那样观测显然是不够安全的，因为随着地球的自转，目标天体位置的移动会使得目镜位置越来越远离观测者所站的楼梯。图为上海自然博物馆中展出的卡塞格林式反射望远镜模型。

在此之后的半个世纪里，反射望远镜的设计和制造工艺都没有进一步的提升，直到八分仪的发明者约翰·哈德利发明了抛物面反射镜的制造方法。1721年，哈德利向英国皇家天文学会展示了第一个抛物面式牛顿反射望远镜。这是一台有着15厘米口径、159厘米焦距、由金属反射面磨制而成的望远镜，其观测效果要远远好于当年惠更斯使用的无镜筒望远镜。图为哈德利制作的格里高里式望远镜。

1774年开始，英国一名为威廉.赫歇尔的音乐教师开始利用余业时间磨制反射望远镜，并从此一发不可收拾，后半生全身心投入到望远镜的制作和天文观测研究之中。他一生之中共制造了400多台反射望远镜。1778年，他制造了一台口径16厘米、焦距2.1米的望远镜，利用这台望远镜他发现了许多双星和深空天体。1783年，赫歇尔完成了一台口径46厘米、焦距6.1米的反射望远镜的制造工作，这台望远镜在赫歇尔手中服役了大约20年时间。1789年，他建造了人生中最大的一台望远镜,，口径120厘米、焦距12米，利用这台望远镜赫歇尔发现了土卫一和土卫二，此后50多年，这一直是世界上最大的望远镜。

第三代罗斯伯爵威康·怕森斯是一位爱尔兰天文学家，他对星云有着很深的研究，他用一台90厘米口径望远镜发现了M1蟹状星云，这是1054年超新星爆发后留下的遗迹，蟹状星云这个名字也是来自于帕森斯对它的描述。在1840年代，帕森斯建造了一架口径180厘米的望远镜被称为帕森斯都的利维坦，这架望远镜成为了当时世界上最大的天文望远镜，并将这项记录保持了半个多世纪，时至今日，这台巨大的望远镜依旧矗立在帕森斯郡。