ผู้คิดค้นกล้องโทรทรรศน์อย่างแม่นยำนั้นเป็นคำถามที่ค่อนข้างคลุมเครือ ตั้งแต่ก่อนประวัติศาสตร์บันทึกผู้คนได้เล่นกับเลนส์ง่าย ๆ ที่ทำจากหินคริสตัล (ควอตซ์) และดูเหมือนว่าแนวคิดพื้นฐานของกล้องโทรทรรศน์ได้รับการยอมรับในปี 1230 หรือก่อนหน้า ปลายศตวรรษที่ 13 เห็นการประดิษฐ์ของเลนส์นูนเพื่อแก้ไขสายตายาวในขณะที่เลนส์เว้าสำหรับสายตาสั้นถูกคิดค้นในปี 1451 โดย Nicholas of Cusa เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์พื้นฐานเป็นเพียงการรวมกันของเลนส์นูนและเลนส์เว้าในท่อติดตั้งจึงมีความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานอยู่ที่นั่น อันที่จริงงานเขียนต่าง ๆ จากปลายศตวรรษที่ 16 ประเทศอังกฤษบอกเป็นนัยว่ากล้องโทรทรรศน์อาจมีการพัฒนาและใช้งานโดยบุคคลอย่างน้อยสองสามคน
แต่มันไม่ได้จนกว่าปี 1608 ในเนเธอร์แลนด์ที่กล้องโทรทรรศน์เอาออกจริง ๆ เครดิตสำหรับการประดิษฐ์กล้องดูดาวนั้นไปถึงสามคน ได้แก่ Hans Lippershey และ Zacharias Janssen ผู้สร้างปรากฏการณ์ทำงานร่วมกันในเมือง Middleburg และ Jacob Metius แห่ง Alkmaar หลังจากนั้นไม่นานกล้องโทรทรรศน์ก็เริ่มมีการผลิตในจำนวนที่มากขึ้นและแพร่กระจายไปทั่วยุโรปเป็นรายการแปลกใหม่ ดังนั้นปี 1608 จึงเป็นปีที่มีการยอมรับอย่างเป็นทางการสำหรับกล้องโทรทรรศน์ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น กล้องโทรทรรศน์ตอนต้นเหล่านี้ขยายวัตถุที่อยู่ห่างไกลออกไปเพียงประมาณสามเท่าเท่านั้น
เมื่อกล้องโทรทรรศน์ยังใหม่มากในปี 1609 นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีชื่อกาลิเลโอกาลิลีผู้โด่งดังในไม่ช้าก็ได้ยินแนวคิดเกี่ยวกับการใช้งานพื้นฐานด้านหลังกล้องขณะไปเยือนเมืองเวนิส ทันทีที่เขากลับบ้านไปที่ปาดัวเขาก็สร้างขึ้นทันทีโดยใส่เลนส์นูนและเว้าเข้าด้วยกันในหลอด เขาสร้างเวอร์ชั่นที่ปรับปรุงแล้วและแสดงให้เจ้านายของเวนิสลีโอนาโดโดนาโตที่ประทับใจมาก หลังจากนั้นกาลิเลโอก็ตั้งรกรากตลอดชีวิตในตำแหน่งอาจารย์ของเขาและเงินเดือนของเขาก็เพิ่มเป็นสองเท่า
กาลิเลโอปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์จนกว่าจะมีกำลังขยายของเส้นผ่านศูนย์กลางสามสิบสาม จากนั้นเขาใช้กล้องโทรทรรศน์ของเขาเพื่อค้นหาดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีจุดบนดวงอาทิตย์เฟสของดาวศุกร์และเนินเขาและหุบเขาของดวงจันทร์ การค้นพบเหล่านี้ทำให้เขาโด่งดังมาจนถึงทุกวันนี้และกล้องโทรทรรศน์ในแบบนี้ยังเรียกว่ากล้องโทรทรรศน์กาลิเลโอ
กล้องโทรทรรศน์ประเภทอื่นที่เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์สะท้อนได้รับการคิดค้นโดยนักสำรวจชาวอังกฤษชื่อ Leonard Digges ในช่วงกลางศตวรรษที่ 16 แต่มันก็ใช้งานไม่ได้และไม่เคยแพร่หลายในสมัยของเขา มันถูกทิ้งไว้ที่ไอแซกนิวตันนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ซึ่งในปี 1669 ได้สร้างกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบแรก
