天文望远镜是伽利略发明的。伽利略用望远镜制作方法做了3倍望远镜。后经改进，使望远镜一下子放大20倍，他用此观察到星星。1610年，他用30倍天文望远镜观察到木星。正因是伽利略改进了望远镜性能，又用来观察星星、月球、金星以及太阳等天体，并首次发表观察结果，因此确切地说，是伽利略发明了天文望远镜。
天文望远镜是观测天体、捕捉天体信息的主要工具。从1609年伽利略制作第一台望远镜开始，望远镜就开始不断发展，从光学波段到全波段，从地面到空间，望远镜观测能力越来越强，可捕捉的天体信息也越来越多。目前，人类在电磁波段、中微子、引力波、宇宙射线等方面均有望远镜。
在近现代和现代，天文望远镜已经不局限于光学波段了。1932年，美国无线电工程师探测到了来自银河系中心的射电辐射，标志着射电天文学的诞生。1957年人造卫星上天以后，空间天文望远镜蓬勃发展。
新世纪以来，中微子、暗物质、引力波等新型望远镜方兴未艾。现在，天体发出的许多信息都已经成为天文学家的眼底之物，人类的视野越来越广阔了。