Το τηλεσκόπιο είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την αστρονομία που συγκεντρώνει το φως και το κατευθύνει σε ένα μόνο σημείο. Κάποια το κάνουν αυτό με καμπυλωτά κάτοπτρα, κάποια με καμπυλωτούς φακούς και κάποια και με τα δύο. Τα τηλεσκόπια κάνουν τα μακρινά πράγματα να φαίνονται μεγαλύτερα, φωτεινότερα και πιο κοντά. Ο Γαλιλαίος ήταν ο πρώτος άνθρωπος που χρησιμοποίησε τηλεσκόπιο για την αστρονομία, αλλά δεν τα εφηύρε. Το πρώτο τηλεσκόπιο εφευρέθηκε στις Κάτω Χώρες το 1608. Ορισμένα τηλεσκόπια, που δεν χρησιμοποιούνται κυρίως για την αστρονομία, είναι κιάλια, φακοί φωτογραφικών μηχανών ή κατασκοπευτικά γυαλιά.
Τα περισσότερα μεγάλα τηλεσκόπια για την αστρονομία είναι φτιαγμένα για να εξετάζουν πολύ προσεκτικά πράγματα που είναι ήδη γνωστά. Τα νευτώνεια τηλεσκόπια είναι ένα παράδειγμα. Μερικά είναι φτιαγμένα για να αναζητούν πράγματα, όπως άγνωστους αστεροειδείς. Μερικές φορές ονομάζονται "αστρογράφοι".
Η λέξη τηλεσκόπιο χρησιμοποιείται συνήθως για το φως που μπορούν να δουν τα ανθρώπινα μάτια, αλλά υπάρχουν τηλεσκόπια για μήκη κύματος που δεν μπορούμε να δούμε. Τα τηλεσκόπια υπερύθρων μοιάζουν με τα κανονικά τηλεσκόπια, αλλά πρέπει να διατηρούνται κρύα, καθώς όλα τα ζεστά πράγματα εκπέμπουν υπέρυθρο φως. Τα ραδιοτηλεσκόπια μοιάζουν με ραδιοφωνικές κεραίες, συνήθως σε σχήμα μεγάλων πιάτων.
Τα τηλεσκόπια ακτίνων-Χ και ακτίνων-γ έχουν πρόβλημα επειδή οι ακτίνες περνούν μέσα από τα περισσότερα μέταλλα και γυαλιά. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, τα κάτοπτρα έχουν σχήμα σαν ένα μάτσο δακτυλίων το ένα μέσα στο άλλο, ώστε οι ακτίνες να προσπίπτουν σε αυτά υπό ρηχή γωνία και να ανακλώνται. Αυτά τα τηλεσκόπια είναι διαστημικά τηλεσκόπια επειδή λίγη από αυτή την ακτινοβολία φτάνει στη Γη. Άλλα διαστημικά τηλεσκόπια τίθενται σε τροχιά ώστε να μην παρεμβάλλεται η ατμόσφαιρα της Γης.
