De acordo com a estrutura óptica, os telescópios astronômicos podem ser divididos em duas categorias principais: refração e reflexão. Os primeiros telescópios usaram a refração da luz por uma lente transparente para obter imagens, o que foi chamado de "telescópio de refração". O primeiro telescópio de refração usado por Galileu para observações astronômicas foi chamado de telescópio "Galileo". Existem muitos tipos de aberrações nos telescópios refratores, especialmente uma aberração chamada "aberração cromática", que pode ser considerada um defeito inato do telescópio refrator, que pode transformar um ponto em uma mancha de cor. Naquela época, a única maneira de reduzir a aberração cromática era alargar a distância focal, então as pessoas fizeram muitos telescópios refratores com corpos de espelho muito longos, como um telescópio refrator feito pelo famoso astrônomo do século XVII, Hevelius, que tinha mais de 40 metros de comprimento, o que era muito inconveniente para usar.
A aberração cromática é causada pelos diferentes índices de refração do vidro para diferentes cores de luz. Newton descobriu uma maneira de superar completamente a aberração cromática, ou seja, não permitindo que a luz se refracasse no interior do vidro, mas sim se imagem através da reflexão de um espelho côncavo. Assim, Newton projetou um telescópio, mais tarde chamado de "Newtonian", que não usava uma folha de vidro transparente, mas um espelho esférico côncavo. Um espelho esférico, como uma lente, também pode concentrar a luz, e o telescópio feito com ele é chamado de "telescópio reflexivo".
Newton uma vez previu que os telescópios refratores não poderiam resolver o problema da aberração cromática. No entanto, mais tarde, as pessoas combinaram diferentes tipos de vidro juntos para fazer telescópios de refração acroicos e até mesmo telescópios de aberração excrômica avançada. Estes telescópios imagem mais nítida do que os telescópios refletores da época, com um campo de visão de observação maior, tornou-se uma ferramenta afiada para astrofotografia e astrometria.
No entanto, com a necessidade de telescópios cada vez mais grandes para detectar objetos distantes fracos, os telescópios refratores tornaram-se superpoderosos novamente. Como a luz deve entrar no interior do vidro, isso requer alta qualidade interna da lente; a lente objetiva do telescópio acromática contém pelo menos duas lentes, de modo que quatro superfícies precisam ser moídas; a lente é espessa e pesada, o que não só aumenta a carga do barril da lente, mas também absorve seriamente a luz. Atualmente, o maior telescópio de refração do mundo, com um calibre de 1,02 metros, foi construído há mais de 100 anos e está instalado no Observatório Yeckes nos Estados Unidos. Desde então, não houve tentativas de construir telescópios refratores maiores.
Por outro lado, os telescópios refletores não absorvem seriamente a luz, são muito simples de fabricar e podem ser feitos para grandes aberturas, tornando-se a escolha da maioria dos observatórios astronômicos do mundo hoje. Em meados do século 20, um telescópio reflexivo de 5 metros foi colocado em observação e trouxe muitas descobertas importantes. No final do século XX, as pessoas fizeram telescópios de reflexão de 10 metros, e agora os cientistas estão trabalhando duro para desenvolver telescópios de reflexão de 30 metros ou mesmo 40 metros de calibre. Entre os telescópios profissionais de "calibre como rei", os telescópios refletores agora são um assunto natural.