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

Năm 1757, Du Grand thông qua nghiên cứu khúc xạ và tán sắc của thủy tinh và nước, đã thiết lập nền tảng lý thuyết của thấu kính tiêu sắc, đồng thời sử dụng vương miện và kính đá lửa để chế tạo thấu kính tiêu sắc. Kể từ đó, Kính thiên văn khúc xạ tiêu sắc đã thay thế hoàn toàn thân kính thiên văn gương dài.

Vào cuối thế kỷ 19, cùng với công nghệ chế tạo được cải tiến, có thể chế tạo được kính thiên văn khúc xạ có cỡ nòng lớn hơn, sau đó là việc chế tạo kính thiên văn khúc xạ đường kính lớn đạt đỉnh cao. Một trong những 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, tỷ lệ bản lớn, độ uốn ống không nhạy, thích hợp nhất cho công việc đo đạc thiên văn. Nhưng nó luôn có dư lượng màu, đồng thời hấp thụ tia cực tím, tia hồng ngoại rất mạnh. Trong khi hệ thống đổ thủy tinh quang học khổng lồ gặp 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 một trăm năm nay không có kính thiên văn khúc xạ nào lớn hơn xuất hiện.