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折射望远镜是“天文望远镜”这个大家族中两个最基本的成员或类型之一，另一个当然是反射望远镜。美国空间望远镜研究所的一个公众科学教育网站把天文望远镜的发展脉络和其成员或类型之间的相互关系，比拟为一棵枝繁叶茂的大树。树的主杆根基是伽利略的折射望远镜，由此衍生出两个主支杆，这就是折射望远镜和反射望远镜。而在反射望远镜的支杆上又衍生出太阳望远镜、射电望远镜和空间望远镜三个次支杆。从这个“天文望远镜发展树枝图”上，我们可以看出折射望远镜在“天文望远镜”这个大家族中的地位以及它与其他类型天文望远镜之间的关系。
第一架天文望远镜也是第一架折射望远镜，是1609年由伽利略制造的，因此称为伽利略式折射镜。它由一块大凸透镜和一块小凹透镜放在一个长镜筒里构成。大的凸透镜用来接收星光，叫做“物镜”，小的凹透镜用来观察星星，叫做“目镜”。伽利略式折射镜所成的像是正像，但是视场较小，且不便安装，因此，天文上用得不多，但是由于成正像，而且结构简单，至今观剧用的望远镜仍然采用这种形式。
后来德国天文学家开普勒(Johannes Kepler，1571～1630)提出用凸透镜作为目镜，这就是开普勒式折射镜。这种望远镜所成的像是倒像，其视场比较大，又可以比较容易地安装瞄准丝。因此，从17世纪中叶以后，天文学家普遍采用开普勒式折射镜。
17世纪早期，伽利略的望远镜最长也不过1.2米。1647年，一个波兰啤酒匠兼议员约翰内斯·赫维留(Johannes Hevelius，1611～1687)制造了3.6米长的望远镜，试图用来观测月球——这种望远镜能放大50倍，这才刚刚是个开头。
荷兰天文学家惠更斯(Christiaan Huygens，1629～1695)和他的弟弟嗜好研磨透镜，他们的工作开辟了真正的长镜身望远镜时代。1655年惠更斯制造出他第一架重要仪器——物镜直径5厘米、镜身3.6米、能放大50倍的折射镜。他用这架望远镜发现了土星的最大卫星——土卫六。同年年底他制造了镜身更长的6.9米的望远镜，此后他继续制造更长的折射镜，最后竟制造出长37米的望远镜。他用每一架作了改进的望远镜不断对土星进行观测，结果发现：当年伽利略所看到的“土星的耳朵”原来是环绕土星的光环。
惠更斯的成就激励赫维留制造自己的长镜身望远镜。他先制造了18米和21米长的望远镜。然后，他曾在波罗的海旁边的“星城”天文台安装了一架46米长的望远镜。
46米的望远镜太长了，因而无法安装在一个铁镜筒里。如果用纸筒又会散架。因此赫维留将透镜安装在一个木架子里，然后将整个架子吊在一个27米高的木竿上，由好几个人通过绳子和滑轮来进行操作。
至于惠更斯，干脆省去镜筒——他把一块物镜装入一根短金属管，然后接到一根高高的秆子上，并可以从地面上操纵它。目镜装在另一根小管子里，架在一个木支座上。目镜与物镜之间有一段绳子，将它拉紧时，可使两块透镜对准。
为什么早期的折射镜会越造越长，乃至出现了连镜筒都不要的、如惠更斯那样的“悬空望远镜”呢?这是为了克服或者减少折射镜所面临的色差和球差的问题。我们知道，可见光是由不同颜色的光组成的。当穿过透镜或者棱镜时，光会发散成不同的颜色。透镜会把不同颜色的光汇聚到不同的点上。于是，当我们透过透镜观察一个亮物体时，会看到彩色的边缘。这个问题被称为色差。球面型的透镜还有另一个问题，就是它的形状。穿过透镜中心区域的平行光的会聚点比穿过透镜边缘的平行光的会聚点要远。结果就是存在许多个焦点，这将导致成像的模糊。这叫球差。
在折射望远镜发展的早期阶段，当时的望远镜技术尚不能解决色差和球差的问题。天文学家所能做的是将球面透镜磨制得更平，使光线弯曲更小。这样做使得距离光心不同距离的光线的汇聚点更为接近。不过，这样做会使得汇聚点到目镜的距离更长。物镜和目镜之间的长距离意味着望远镜必须做得很长。天文学家们开始设计越来越长的望远镜，来研究更遥远的天体。但这时望远镜的长度开始有些失控以至于出现如上所述的“悬空望远镜”。
太长的望远镜无法真正地利用。其实，大多数发现都是长度不超过12米的折射望远镜得到的。例如，惠更斯通过3.6米50倍的望远镜发现了土星的卫星，而且通过6.9米100倍的望远镜确认了土星有一个光环所围绕。
天文学家们发现不同玻璃具有不同的折射率。1729年，英国的磨镜专家切斯特·莫尔霍尔(Chester Mor HAll，1703～1771)发现可以用这种现象来解决色差问题。他的做法是将一片用来做装饰品的火石玻璃磨制的透镜和一片用来做窗子的冕牌玻璃磨制的透镜组合在一起。凸透镜使光线汇聚，而凹透镜使光线发散。将两种透镜组合在一起，色差就消失了：一种透镜发散开的不同颜色的光线，被另外一种透镜重新汇聚。另一个英国人约翰多洛德(Johnr Dollond，1706～1761)发展了霍尔的技术，制造了一组镜片，于1757年制造了一架消色差折射望远镜。
还需要进一步纠正透镜的球差。两种玻璃的色散之比，决定了它们制成的凸透镜和凹透镜所需要的焦点位置之比。幸好，负透镜(即凹透镜)产生的球差有助于补偿正透镜(即凹透镜)的球差。改变透镜的曲率，而保持所要求的聚焦能力之比，就有可能使球差几乎减到零。就这样，多洛德通过调整透镜的曲率，解决了折射望远镜的另一个大缺陷——球差。
消色差折射望远镜的诞生将长镜身望远镜完全消灭。从1 757年至今，天文学家在研究天体发来的光时，不是用反射望远镜，就是用消色差折射望远镜了。
18世纪末19世纪初，一个名为皮埃尔·路易士吉南德(Pierre Louis Guinand，1748～1824)的瑞士工匠与一个德国光学家约瑟夫·冯夫琅和费(Joseph von Fraunhofer，1787～1826)合作，通过在融化的玻璃里加入一些适当的化学物质，制造出缺陷很少、可以用于透镜制造的光学玻璃。这样，大尺寸的消色差物镜的制造就成为可能，消色差折射望远镜越来越流行，口径尺寸也越来越大。1846年德国卡尔蔡司光学公司成立，大大推动了玻璃工业的发展，到了19世纪中叶，大型折射望远镜在世界各地纷纷建立起来。
1824年德国的夫琅和费制造了一架口径24厘米、长4.3米的消色差折射望远镜，安装在俄罗斯的多尔巴特天文台，后来又被迁移至普尔科沃天文台。令人惊讶的是，这架望远镜上的机械部分极为灵活，以至于用一个手指头轻轻一点就改变它的方向。多尔巴特天文台台长斯特鲁维(Friedrich Georg Wilhelm Struve，1793～1864)使用这架望远镜发现了2200颗新 双星，并测定出织女星的视差，使他成为征服恒星的三位天文学家之一。
1847年一架38厘米的折射望远镜在美国哈佛天文台建成，透镜是德国的默茨和马德勒的商号制造的。哈佛天文台台长威廉-克兰奇邦德(William Cranch Bond，1789～1859)卓有成效地使用了这架望远镜，1849年12月18日他用此望远镜拍摄月球照片，1850年与摄影家约翰。惠普尔(John Whipphle)的合作，获得织女星照片，这是人类的第一张恒星照片。从1877年开始，这架望远镜被用来进行恒星光度的测量。
此后磨制折射望远镜的技术在美国发展到了尽善尽美的程度。在这一过程中，美国光学制造家克拉克父子起了主要的作用。阿尔万·克拉克(Alvan Clark，1804～1887)是美国马萨诸塞州人，他以肖像画为业，但却酷爱天文。1859年，他在两个儿子，尤其是小儿子阿尔万·格雷厄姆·克拉克(Alvan Graham Clark，1832～1897)的帮助下，在马萨诸塞州的坎布里奇市开设了一个透镜磨制工厂。
1862年克拉克父子为美国数学家、美国密西西比大学的名誉校长巴纳德(Frederick Augustus Portes Barnard，1809～1889)磨制了两块47厘米的透镜。在测试过程中，小克拉克用其中一块透镜发现了天狼星的伴星，从而证实了德国天文学家贝塞耳的预言，为此他获得法国科学院的奖章，从此克拉克父子名声大振。这块透镜由于美国南北战争而未被运到密西西比的目的地，而转运到芝加哥，安装在芝加哥大学迪尔伯天文台的一架折射望远镜内。美国天文学家霍夫(George Wash-ington Hough，1836—1909)用它研究双星，并对木星进行长期不断的观测。
1870年美国天文学家纽康克(Simon Newcomb，1835～1909)委托克拉克父子为美国海军天文台建造一架当时世界最大最好的折射望远镜。1873年美国海军天文台就得到了一架长13米、口径66厘米、重45千克的折射望远镜。1877年美国天文学家霍尔(Asaph Hall 1829～1907)用它发现了火星的两颗卫星。
不久，克拉克父子就为磨制更大口径的折射望远镜而奋斗。原来，那时有一位名叫詹姆斯利克(James Lick，1796～1876)的金融家，他在1849年加利福尼亚黄金热期间发了笔横财。1874年他宣布，愿意拿出70万美元建造一架世界最大的折射望远镜。克拉克父子欣然承担了磨制任务，口径91厘米的透镜的造价是5万美元。1888年这架大型折射望远镜在加利福尼亚州北部圣何塞以东的汉密顿山的一个天文台内建成，可惜老克拉克已经辞世几个月了，没能目睹自己的辉煌成果。此时利克也已经去世几年了，但是他的名字依然存在，汉密顿山的那个天文台被命名为利克天文台。
4年以后，芝加哥大学一位24岁的天体物理学副教授海尔(George Elley Hale，1868～1938)很想建造一架更大的折射望远镜。他没有钱，选中了金融家叶凯士(Chades tyson Yerkes，1837～1905)作为猎取对象，决心将叶凯士的钱财弄出来，为科学事业服务。他意志坚定，加之善于辞令，经过多方劝说，口十凯士竟出乎意外地一点一点地拿出了总数达349000美元的巨款。海尔用这笔钱，建造了叶凯士天文台，并由小克拉克磨制了一块重230千克、口径102厘米的巨大透镜。这架巨型折射望远镜于1897年5月21日启用，19天之后，在胜利的喜悦声中，小克拉克也寿终正寝了。他生前曾计划造出口径为152厘米的超级透镜，然而，他未能了此心愿，就与世长辞了。直到今天，叶凯士天文台和利克天文台的两架仪器仍然保持着折射望远镜的冠军和亚军的光荣称号。
美国建造大型折射望远镜的成就，刺激了欧洲的竞争。1855年俄罗斯普尔科沃天文台安装了口径76厘米的折射望远镜，透镜也是阿尔万·克拉克磨制的，该望远镜毁于第二次世界大战，只留下透镜。1886年77厘米口径的折射望远镜安装在法国尼斯天文台。1889年83厘米口径的折射望远镜在法国默冬天文台启用。1893年71厘米口径的折射望远镜出现在英国格林尼治天文台。
从伽利略到克拉克，从1609年到1897年，在三个世纪的时间里，折射望远镜发展史上曾经产生了越来越大、越来越好的仪器，但是折射望远镜发展到102厘米口径，已经达到了它的颠峰，它的路也已经走到了尽头，其原因有三。首先，在浇注更大的镜胚的过程中，会引入气泡等，从而会影响成像质量。第二，更大的物镜，厚度会增加，这会使得更多的光线被吸收，降低系统的效率。这意味着：大口径折射镜观察到天体的亮度，未必比小口径而且便宜很多的折射镜更亮。最后，由于光线必须通过物镜所有有效面积进行汇聚，因此物镜只能支撑在镜筒一端的薄壁上。由于中间玻璃最厚的地方没有支撑，透镜中间会塌陷变形。对于超过102厘米的透镜，变形将大到无法继续进行天文观测。从1897年以后到今天，再没有出现超过克拉克磨制的102厘米的折射望远镜。
第一架天文望远镜也是第一架折射望远镜，是1609年由伽利略制造的，因此称为伽利略式折射镜。它由一块大凸透镜和一块小凹透镜放在一个长镜筒里构成。大的凸透镜用来接收星光，叫做“物镜”，小的凹透镜用来观察星星，叫做“目镜”。伽利略式折射镜所成的像是正像，但是视场较小，且不便安装，因此，天文上用得不多，但是由于成正像，而且结构简单，至今观剧用的望远镜仍然采用这种形式。
后来德国天文学家开普勒(Johannes Kepler，1571～1630)提出用凸透镜作为目镜，这就是开普勒式折射镜。这种望远镜所成的像是倒像，其视场比较大，又可以比较容易地安装瞄准丝。因此，从17世纪中叶以后，天文学家普遍采用开普勒式折射镜。
17世纪早期，伽利略的望远镜最长也不过1.2米。1647年，一个波兰啤酒匠兼议员约翰内斯·赫维留(Johannes Hevelius，1611～1687)制造了3.6米长的望远镜，试图用来观测月球——这种望远镜能放大50倍，这才刚刚是个开头。
荷兰天文学家惠更斯(Christiaan Huygens，1629～1695)和他的弟弟嗜好研磨透镜，他们的工作开辟了真正的长镜身望远镜时代。1655年惠更斯制造出他第一架重要仪器——物镜直径5厘米、镜身3.6米、能放大50倍的折射镜。他用这架望远镜发现了土星的最大卫星——土卫六。同年年底他制造了镜身更长的6.9米的望远镜，此后他继续制造更长的折射镜，最后竟制造出长37米的望远镜。他用每一架作了改进的望远镜不断对土星进行观测，结果发现：当年伽利略所看到的“土星的耳朵”原来是环绕土星的光环。
惠更斯的成就激励赫维留制造自己的长镜身望远镜。他先制造了18米和21米长的望远镜。然后，他曾在波罗的海旁边的“星城”天文台安装了一架46米长的望远镜。
46米的望远镜太长了，因而无法安装在一个铁镜筒里。如果用纸筒又会散架。因此赫维留将透镜安装在一个木架子里，然后将整个架子吊在一个27米高的木竿上，由好几个人通过绳子和滑轮来进行操作。
至于惠更斯，干脆省去镜筒——他把一块物镜装入一根短金属管，然后接到一根高高的秆子上，并可以从地面上操纵它。目镜装在另一根小管子里，架在一个木支座上。目镜与物镜之间有一段绳子，将它拉紧时，可使两块透镜对准。
为什么早期的折射镜会越造越长，乃至出现了连镜筒都不要的、如惠更斯那样的“悬空望远镜”呢?这是为了克服或者减少折射镜所面临的色差和球差的问题。我们知道，可见光是由不同颜色的光组成的。当穿过透镜或者棱镜时，光会发散成不同的颜色。透镜会把不同颜色的光汇聚到不同的点上。于是，当我们透过透镜观察一个亮物体时，会看到彩色的边缘。这个问题被称为色差。球面型的透镜还有另一个问题，就是它的形状。穿过透镜中心区域的平行光的会聚点比穿过透镜边缘的平行光的会聚点要远。结果就是存在许多个焦点，这将导致成像的模糊。这叫球差。
在折射望远镜发展的早期阶段，当时的望远镜技术尚不能解决色差和球差的问题。天文学家所能做的是将球面透镜磨制得更平，使光线弯曲更小。这样做使得距离光心不同距离的光线的汇聚点更为接近。不过，这样做会使得汇聚点到目镜的距离更长。物镜和目镜之间的长距离意味着望远镜必须做得很长。天文学家们开始设计越来越长的望远镜，来研究更遥远的天体。但这时望远镜的长度开始有些失控以至于出现如上所述的“悬空望远镜”。
太长的望远镜无法真正地利用。其实，大多数发现都是长度不超过12米的折射望远镜得到的。例如，惠更斯通过3.6米50倍的望远镜发现了土星的卫星，而且通过6.9米100倍的望远镜确认了土星有一个光环所围绕。
天文学家们发现不同玻璃具有不同的折射率。1729年，英国的磨镜专家切斯特·莫尔霍尔(Chester Mor HAll，1703～1771)发现可以用这种现象来解决色差问题。他的做法是将一片用来做装饰品的火石玻璃磨制的透镜和一片用来做窗子的冕牌玻璃磨制的透镜组合在一起。凸透镜使光线汇聚，而凹透镜使光线发散。将两种透镜组合在一起，色差就消失了：一种透镜发散开的不同颜色的光线，被另外一种透镜重新汇聚。另一个英国人约翰多洛德(Johnr Dollond，1706～1761)发展了霍尔的技术，制造了一组镜片，于1757年制造了一架消色差折射望远镜。
还需要进一步纠正透镜的球差。两种玻璃的色散之比，决定了它们制成的凸透镜和凹透镜所需要的焦点位置之比。幸好，负透镜(即凹透镜)产生的球差有助于补偿正透镜(即凹透镜)的球差。改变透镜的曲率，而保持所要求的聚焦能力之比，就有可能使球差几乎减到零。就这样，多洛德通过调整透镜的曲率，解决了折射望远镜的另一个大缺陷——球差。
消色差折射望远镜的诞生将长镜身望远镜完全消灭。从1 757年至今，天文学家在研究天体发来的光时，不是用反射望远镜，就是用消色差折射望远镜了。
18世纪末19世纪初，一个名为皮埃尔·路易士吉南德(Pierre Louis Guinand，1748～1824)的瑞士工匠与一个德国光学家约瑟夫·冯夫琅和费(Joseph von Fraunhofer，1787～1826)合作，通过在融化的玻璃里加入一些适当的化学物质，制造出缺陷很少、可以用于透镜制造的光学玻璃。这样，大尺寸的消色差物镜的制造就成为可能，消色差折射望远镜越来越流行，口径尺寸也越来越大。1846年德国卡尔蔡司光学公司成立，大大推动了玻璃工业的发展，到了19世纪中叶，大型折射望远镜在世界各地纷纷建立起来。
1824年德国的夫琅和费制造了一架口径24厘米、长4.3米的消色差折射望远镜，安装在俄罗斯的多尔巴特天文台，后来又被迁移至普尔科沃天文台。令人惊讶的是，这架望远镜上的机械部分极为灵活，以至于用一个手指头轻轻一点就改变它的方向。多尔巴特天文台台长斯特鲁维(Friedrich Georg Wilhelm Struve，1793～1864)使用这架望远镜发现了2200颗新 双星，并测定出织女星的视差，使他成为征服恒星的三位天文学家之一。
1847年一架38厘米的折射望远镜在美国哈佛天文台建成，透镜是德国的默茨和马德勒的商号制造的。哈佛天文台台长威廉-克兰奇邦德(William Cranch Bond，1789～1859)卓有成效地使用了这架望远镜，1849年12月18日他用此望远镜拍摄月球照片，1850年与摄影家约翰。惠普尔(John Whipphle)的合作，获得织女星照片，这是人类的第一张恒星照片。从1877年开始，这架望远镜被用来进行恒星光度的测量。
此后磨制折射望远镜的技术在美国发展到了尽善尽美的程度。在这一过程中，美国光学制造家克拉克父子起了主要的作用。阿尔万·克拉克(Alvan Clark，1804～1887)是美国马萨诸塞州人，他以肖像画为业，但却酷爱天文。1859年，他在两个儿子，尤其是小儿子阿尔万·格雷厄姆·克拉克(Alvan Graham Clark，1832～1897)的帮助下，在马萨诸塞州的坎布里奇市开设了一个透镜磨制工厂。
1862年克拉克父子为美国数学家、美国密西西比大学的名誉校长巴纳德(Frederick Augustus Portes Barnard，1809～1889)磨制了两块47厘米的透镜。在测试过程中，小克拉克用其中一块透镜发现了天狼星的伴星，从而证实了德国天文学家贝塞耳的预言，为此他获得法国科学院的奖章，从此克拉克父子名声大振。这块透镜由于美国南北战争而未被运到密西西比的目的地，而转运到芝加哥，安装在芝加哥大学迪尔伯天文台的一架折射望远镜内。美国天文学家霍夫(George Wash-ington Hough，1836—1909)用它研究双星，并对木星进行长期不断的观测。
1870年美国天文学家纽康克(Simon Newcomb，1835～1909)委托克拉克父子为美国海军天文台建造一架当时世界最大最好的折射望远镜。1873年美国海军天文台就得到了一架长13米、口径66厘米、重45千克的折射望远镜。1877年美国天文学家霍尔(Asaph Hall 1829～1907)用它发现了火星的两颗卫星。
不久，克拉克父子就为磨制更大口径的折射望远镜而奋斗。原来，那时有一位名叫詹姆斯利克(James Lick，1796～1876)的金融家，他在1849年加利福尼亚黄金热期间发了笔横财。1874年他宣布，愿意拿出70万美元建造一架世界最大的折射望远镜。克拉克父子欣然承担了磨制任务，口径91厘米的透镜的造价是5万美元。1888年这架大型折射望远镜在加利福尼亚州北部圣何塞以东的汉密顿山的一个天文台内建成，可惜老克拉克已经辞世几个月了，没能目睹自己的辉煌成果。此时利克也已经去世几年了，但是他的名字依然存在，汉密顿山的那个天文台被命名为利克天文台。
4年以后，芝加哥大学一位24岁的天体物理学副教授海尔(George Elley Hale，1868～1938)很想建造一架更大的折射望远镜。他没有钱，选中了金融家叶凯士(Chades tyson Yerkes，1837～1905)作为猎取对象，决心将叶凯士的钱财弄出来，为科学事业服务。他意志坚定，加之善于辞令，经过多方劝说，口十凯士竟出乎意外地一点一点地拿出了总数达349000美元的巨款。海尔用这笔钱，建造了叶凯士天文台，并由小克拉克磨制了一块重230千克、口径102厘米的巨大透镜。这架巨型折射望远镜于1897年5月21日启用，19天之后，在胜利的喜悦声中，小克拉克也寿终正寝了。他生前曾计划造出口径为152厘米的超级透镜，然而，他未能了此心愿，就与世长辞了。直到今天，叶凯士天文台和利克天文台的两架仪器仍然保持着折射望远镜的冠军和亚军的光荣称号。
美国建造大型折射望远镜的成就，刺激了欧洲的竞争。1855年俄罗斯普尔科沃天文台安装了口径76厘米的折射望远镜，透镜也是阿尔万·克拉克磨制的，该望远镜毁于第二次世界大战，只留下透镜。1886年77厘米口径的折射望远镜安装在法国尼斯天文台。1889年83厘米口径的折射望远镜在法国默冬天文台启用。1893年71厘米口径的折射望远镜出现在英国格林尼治天文台。
从伽利略到克拉克，从1609年到1897年，在三个世纪的时间里，折射望远镜发展史上曾经产生了越来越大、越来越好的仪器，但是折射望远镜发展到102厘米口径，已经达到了它的颠峰，它的路也已经走到了尽头，其原因有三。首先，在浇注更大的镜胚的过程中，会引入气泡等，从而会影响成像质量。第二，更大的物镜，厚度会增加，这会使得更多的光线被吸收，降低系统的效率。这意味着：大口径折射镜观察到天体的亮度，未必比小口径而且便宜很多的折射镜更亮。最后，由于光线必须通过物镜所有有效面积进行汇聚，因此物镜只能支撑在镜筒一端的薄壁上。由于中间玻璃最厚的地方没有支撑，透镜中间会塌陷变形。对于超过102厘米的透镜，变形将大到无法继续进行天文观测。从1897年以后到今天，再没有出现超过克拉克磨制的102厘米的折射望远镜。