Quan sát thiên văn, bắt nguồn từ năm 1608, phụ thuộc rất nhiều vào kính thiên văn. Không quá lời khi nói rằng sự ra đời và phát triển của kính viễn vọng là nền tảng của thiên văn học hiện đại.

Khi khả năng của kính viễn vọng không ngừng được cải thiện, ngành thiên văn học đang trải qua một bước nhảy vọt to lớn, thúc đẩy nhanh chóng sự hiểu biết của nhân loại về vũ trụ.

Thiên văn học, một ngành khoa học tự nhiên cổ xưa nhưng không ngừng phát triển, tập trung vào việc hiểu các quy luật chi phối vũ trụ. Nó chủ yếu liên quan đến việc quan sát và giải thích các điều kiện vật chất và hiện tượng của các thiên thể.

Các lĩnh vực nghiên cứu chính bao gồm sự phân bố, chuyển động, vị trí, trạng thái, cấu trúc, thành phần, đặc tính, nguồn gốc và sự tiến hóa của các thực thể thiên văn. Khác với các ngành khoa học tự nhiên khác, thiên văn học chủ yếu dựa vào quan sát để thu thập thông tin đa dạng về các thiên thể. Do đó, nghiên cứu các phương pháp và công cụ quan sát là một mục tiêu quan trọng đối với các nhà thiên văn học. Việc không ngừng cải tiến và đa dạng hóa các kỹ thuật quan sát là một nhiệm vụ không hồi kết của các nhà thiên văn và những người đam mê, thúc đẩy sự tiến bộ trong ngành thiên văn học.

Theo truyền thống, kính viễn vọng được cho là phát minh bởi thợ chế tạo kính người Hà Lan Hans Lippershey vào năm 1608. Năm 1609, nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei đã chế tạo một kính viễn vọng với thấu kính lồi có đường kính 4,4 cm, tiêu cự 1,2 m, và một thị kính lõm, có khả năng phóng đại vật thể lên 33 lần. Galileo đã sử dụng nó để quan sát mặt trăng, mặt trời, các ngôi sao và dải Ngân Hà, phát hiện các vệ tinh của sao Mộc và xác định chu kỳ của các vết đen mặt trời.

Năm 1611, nhà thiên văn học người Đức Johannes Kepler đã phát minh ra kính viễn vọng kiểu Kepler, khác với kính của Galileo ở chỗ thị kính được đặt sau tiêu điểm và sử dụng thấu kính lồi, tạo ra hình ảnh đảo ngược. Ưu điểm của thiết kế này là có thể đặt tâm ngắm tại tiêu điểm để làm tham chiếu nhắm mục tiêu.

Kính viễn vọng phản xạ đầu tiên ra đời vào năm 1668. Sau nhiều lần thất bại trong việc mài các thấu kính phi cầu, Isaac Newton đã khéo léo phát minh ra kính viễn vọng phản xạ, thay thế thấu kính khúc xạ bằng gương phản xạ. Đây là một thành tựu đáng kể nhờ vào những ưu điểm vượt trội và sự dễ dàng tương đối trong việc chế tạo so với kính viễn vọng khúc xạ, dù vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định. Kính viễn vọng quang học kết hợp (catadioptric telescope) xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1814. Đến năm 1931, nhà quang học người Đức Bernhard Schmidt đã kết hợp một thấu kính mỏng phi cầu gần như phẳng với một gương cầu, tạo ra kính viễn vọng quang học kết hợp. Loại kính này nổi tiếng với khả năng thu sáng mạnh, trường quan sát rộng và ít sai lệch quang học, đặc biệt xuất sắc trong việc chụp ảnh các vùng trời rộng lớn và làm nổi bật các tinh vân mờ nhạt.

Loại kính viễn vọng này trở thành một công cụ không thể thiếu trong quan sát thiên văn, kết hợp những ưu điểm của kính viễn vọng khúc xạ và phản xạ, lý tưởng cho các nhà thiên văn nghiệp dư và chụp ảnh thiên văn.

Trong hơn ba thế kỷ, kính viễn vọng quang học đã giữ vai trò là công cụ hàng đầu của ngành thiên văn học. Năm 1932, Karl Jansky đã phát hiện ra các tín hiệu sóng vô tuyến phát ra từ trung tâm Dải Ngân Hà bằng một ăng ten vô tuyến, mở ra cánh cửa đầu tiên cho nhân loại quan sát ngoài các bước sóng quang học truyền thống.

Vào những năm 1960, thiên văn học chứng kiến bốn khám phá quan trọng—quasar, pulsar, các phân tử liên sao, và bức xạ nền vi sóng vũ trụ—nhờ vào các quan sát bằng kính thiên văn vô tuyến.

Thiên văn học đóng vai trò tiên phong trong việc giúp nhân loại hiểu biết về vũ trụ, đồng thời giữ vị trí nền tảng trong sự phát triển khoa học quốc gia. Mức độ đổi mới trong lĩnh vực thiên văn học phản ánh sức mạnh công nghệ tổng hợp của một quốc gia, đặc biệt là các cường quốc, và được coi là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá tiềm lực công nghệ.