ในปี ค.ศ. 1611 นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อเคปเลอร์ได้นำเลนส์เลนติคูลาร์สองชิ้นมาเป็นเลนส์วัตถุและเลนส์ตา ซึ่งเห็นได้ชัดว่ากำลังขยายได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น ต่อมาผู้คนจึงเรียกระบบออปติกนี้ว่ากล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์

ในปี ค.ศ. 1757 ดู กรองด์ ได้ศึกษาการหักเหและการกระจายตัวของกระจกและน้ำ จนได้วางรากฐานทางทฤษฎีของเลนส์อะโครมาติก และใช้กระจกครอบและกระจกหินเหล็กไฟในการผลิตเลนส์อะโครมาติก นับแต่นั้นมา กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงอะโครมาติกก็ได้เข้ามาแทนที่ตัวกล้องโทรทรรศน์กระจกยาวอย่างสมบูรณ์

ปลายศตวรรษที่ 19 ควบคู่ไปกับการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต ทำให้สามารถผลิตกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ขึ้นได้ ต่อมาจึงมีการผลิตกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น หนึ่งในกล้องโทรทรรศน์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือกล้องโทรทรรศน์ Ekes ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 102 เซนติเมตร ในปี ค.ศ. 1897 และกล้องโทรทรรศน์ Rick ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 91 เซนติเมตร ในปี ค.ศ. 1886

กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงมีข้อดีคือความยาวโฟกัส ขนาดของแผ่นมีขนาดใหญ่ การดัดงอของท่อไม่ไวต่อแสง จึงเหมาะสมที่สุดสำหรับงานวัดทางดาราศาสตร์ แต่มักมีสีตกค้างอยู่เสมอ ขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดสูงมาก แม้ว่าระบบการเทแก้วแสงขนาดใหญ่จะยากลำบาก แต่สำหรับกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงเยอร์กส์ที่สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2440 การพัฒนาได้บรรลุจุดสูงสุดแล้ว นับแต่นั้นมา 100 ปี กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่ยิ่งใหญ่กว่านี้ก็ปรากฏขึ้นมาอีก