Năm 1611, nhà thiên văn học người Đức Kepler đã sử dụng hai thấu kính dạng thấu kính làm vật kính và thị kính, độ phóng đại được cải thiện rõ rệt, sau này người ta coi hệ thống quang học này là kính thiên văn Kepler.

Năm 1757, Du Grand thông qua nghiên cứu về sự khúc xạ và tán sắc của thủy tinh và nước, đã thiết lập nên cơ sở lý thuyết của thấu kính không sắc, và sử dụng kính vương miện và kính đá lửa để chế tạo thấu kính không sắc. Từ đó, Kính thiên văn khúc xạ không sắc đã thay thế hoàn toàn thân kính thiên văn gương dài.

Vào cuối thế kỷ XIX, cùng với công nghệ chế tạo được cải thiện, có thể chế tạo được kính thiên văn khúc xạ có kích thước lớn hơn, sau đó là sự ra đời của kính thiên văn khúc xạ đường kính lớn. Một trong những sản phẩm tiêu biểu nhất là kính thiên văn Ekes có đường kính 102 cm vào năm 1897 và kính thiên văn Rick có đường kính 91 cm vào năm 1886.

Kính thiên văn khúc xạ có ưu điểm là tiêu cự, thang đo tấm lớn, ống uốn cong không nhạy, thích hợp nhất cho công việc đo lường thiên văn. Nhưng nó luôn có màu dư, đồng thời hấp thụ bức xạ cực tím, hồng ngoại rất mạnh. Trong khi hệ thống thủy tinh quang học khổng lồ khó khăn, thì kính thiên văn khúc xạ Yerkes được chế tạo vào năm 1897, sự phát triển đã đạt đến đỉnh cao, kể từ đó một trăm năm không có kính thiên văn khúc xạ nào lớn hơn xuất hiện.