天文望远镜有光学望远镜和射电望远镜之分。
从1609年伽利略制作出第一架光学望远镜后，光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。不过，受可见光的局限，光学望远镜对宇宙深空观测无能为力。20世纪30年代，射电望远镜诞生。与接收可见光的光学望远镜不同，射电望远镜接收的是天体发出的无线电波。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃，射电望远镜不太会受光照和气候的影响，可以透过星际尘埃，全天候、不间断地工作。
射电望远镜与光学望远镜不同，既没有高高竖起的望远镜镜筒，也没有物镜、目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。
巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，天线的种类很多，有抛物面天线、球面天线、半波偶极子天线、螺旋天线等，最常用的是抛物面天线。天线是射电望远镜的眼睛，它把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后传送到接收系统中去放大，接收系统从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。计算机记录的结果显示为许多曲线，天文学家通过分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。
射电望远镜有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制成的射电望远镜。