望远镜把伽利略从力学实验室中吸引出来，天文观测使他成为了哥白尼的忠实信徒，他用从望远镜观测中得到的新发现和新知识热情地宣传和捍卫哥白尼的日心说，即太阳是中心，地球围着太阳转，而不是教会宣传的太阳围着地球转。因此跟教会发生了冲突。1633年，教会把年迈的伽利略召到罗马进行审判。伽利略被判有罪，关进了监狱。
有了望远镜，伽利略就可以观测天体了。于是，人类第一次看见了月亮的表面，看见了木星周围有四个小卫星围绕它旋转，看到了银河系许许多多的恒星。尽管当时的那些神学家咒骂望远镜是“魔鬼的发明”，伽利略也因宣传日心说而受到教会的迫害，但他的成就开辟了科学的道路，动摇了宗
教的统治地位，他本人则成了近代实验科学的奠基人。
伽利略的望远镜问世不久后的1611年，德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜，他在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜，这种望远镜由两个凸透镜组成，与伽利略的望远镜不同，比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有制造他所介绍的望远镜。沙伊纳于1613年—1617年间首次制作出了这种望远镜，他还遵照开普勒的建议制造了有第三个凸透镜的望远镜，把二个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。沙伊纳做了8台望远镜，一台一台地云观察太阳，无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此，他打消了不少人认为 黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉，证明了黑子确实是观察到的真实存在。在观察太阳时沙伊纳装上特殊遮光玻璃，伽利略则没有加此保护装置，结果伤了眼睛，最后几乎失明。
伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。
此后，望远镜又得到了不断的改近。1611年，开普勒创造了带两个凸透镜的天文望远镜。1640年加士可因在望远镜里加上了一个细细的十字线以提高测量的准确性。
荷兰的惠更斯为了提高望远镜的精度在1665年做了一台筒长近6米的望远镜，来探查土星的光环，后来又做了一台将近41米长的望远镜。
使用物镜和目镜的望远镜称为折射望远镜，即使加长镜筒，精密加工透镜，也不能消除色象差，1668年英国科学家反射式望远镜，斛决了色象差的问题。第一台反望远镜非常小，望远镜内的反射镜口径只有2.5厘米，但是已经能清楚地看到木星的卫星、金星的盈亏等。1672年牛顿做了一台更大的反射望远镜，送给了英国皇家学会，至今还保存在皇家学会的图书馆里。
当时，望远镜还存在一个很大的问题：要看得远，就要不断加大望远镜的口径。但是口径一大，看上去就出现各种颜色，这就是所谓色差。为了解决这个问题，只好拉长焦点距离，这样，当时的望远镜竟有长达数十米的。以后，又有人发明了消色透镜，即把多片不同材料的透镜重叠起来使用，就可以消除色差了。
（本章完）
