ในปี ค.ศ. 1611 เคปเลอร์นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันได้ใช้เลนส์เลนติคูลาร์สองชิ้นเป็นเป้าหมายและเลนส์ใกล้ตา กำลังขยายเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ต่อมาผู้คนมองว่าระบบออพติคอลนี้เป็นกล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์

ในปี 1757 Du Grand ได้ศึกษาการหักเหและการกระจายตัวของแก้วและน้ำ ได้สร้างรากฐานทางทฤษฎีของเลนส์ไม่มีสี และใช้เม็ดมะยมและแว่นตาหินเหล็กไฟในการผลิตเลนส์ไม่มีสี ตั้งแต่นั้นมา กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงไม่มีสีได้เข้ามาแทนที่ตัวกล้องโทรทรรศน์กระจกเงาขนาดยาวโดยสิ้นเชิง

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 พร้อมกับเทคโนโลยีการผลิตที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น ทำให้กล้องโทรทรรศน์หักเหของแสงลำกล้องใหญ่ขึ้นได้ จากนั้นจึงมีการผลิตกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ถึงจุดสูงสุด หนึ่งในตัวแทนมากที่สุดคือกล้องโทรทรรศน์ Ekes ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 102 ซม. ในปี พ.ศ. 2440 และกล้องโทรทรรศน์ Rick ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 91 ซม. ในปี พ.ศ. 2429

กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงมีข้อดีคือมีความยาวโฟกัส สเกลแผ่นมีขนาดใหญ่ การดัดท่อไม่ไวต่อความรู้สึก เหมาะที่สุดสำหรับงานวัดทางดาราศาสตร์ แต่ก็มีสีตกค้างอยู่เสมอ ในขณะเดียวกันการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดก็มีประสิทธิภาพมากในการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต แม้ว่าระบบการเทแก้วแสงขนาดใหญ่จะเป็นเรื่องยาก แต่กล้องโทรทรรศน์หักเหของกล้องโทรทรรศน์ Yerkes ที่สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2440 การพัฒนาได้มาถึงจุดสุดยอดแล้ว นับตั้งแต่หนึ่งร้อยปีนี้ไม่มีกล้องโทรทรรศน์หักเหใดที่ดีไปกว่านี้อีกแล้ว