Un télescope réfracteur fonctionne en courbant la lumière avec ses lentilles. Il recueille et focalise la lumière en utilisant la lentille de l'objectif pour faire une petite image de l'objet et en utilisant la lentille de l'oculaire pour agrandir l'image.
La courbure de l'objectif influence également la qualité des images du télescope. La taille de l'image produite par l'objectif est directement liée à la distance focale de l'objectif. Lorsque la distance focale augmente, la taille de l'image augmente également. C'est l'un des inconvénients de la lunette astronomique car une longue focale signifie un long télescope. D'autres inconvénients du télescope réfracteur incluent l'incapacité de transmettre toute la lumière car une partie de la lumière est perdue par absorption ou réflexion et de grandes lentilles qui peuvent être difficiles à fabriquer.
Galileo a créé le premier télescope réfracteur utilisant une lentille primaire convexe et une lentille oculaire concave. Pour permettre à son télescope de produire une image aussi nette que possible, Galileo a utilisé les mathématiques pour calculer la distance entre les lentilles. Il n'a pu voir qu'une petite partie du ciel à tout moment, et le télescope a produit des images floues à partir d'aberrations sphériques. Ce premier télescope grossissait les objets trois fois, et ses créations ultérieures pouvaient grossir les objets jusqu'à 30 fois.
