為在大氣層外進行天文觀測而設計製造的光學望遠鏡。它與地面望遠鏡相比有下列優點:①可接收波段範圍更寬的輻射。一般反射系統在短波方面可以延伸到1000埃的遠紫外區。對於更短的波長要採用掠射成像系統，目前對 X射線已能成像。②在宇宙空間不受大氣的幹擾，光學望遠鏡的分辨本領可達到它的衍射極限。③天空背景不受大氣輝光和照明燈光的影響，有利於對暗星的探測。尤其是因為點像不受大氣幹擾而變得很銳，對暗星的探測和分光工作都大為有利。④不存在重力引起的結構變形。
空間望遠鏡光學系統的設計和制造比地面望遠鏡要嚴格得多。其鏡面的精度要求達到0.01微米左右。大口徑的鏡面在有重力存在的地面上，加工到這樣高的精度是困難的。為保持各光學元件與接收儀器之間的精確幾何位置，並且要能經受住進入空間時出現的超重和振動，望遠鏡的機械裝置必須有足夠的剛度和強度。另一方面，從運載上考慮，空間望遠鏡的重量必須盡可能輕，所以，應選擇強度高、膨脹系數小的材料（如鈹、鈦、碳纖維塑料）制造望遠鏡的機架，而鏡面必須采用熔石英或微晶玻璃薄壁蜂窩結構。為瞭降低儀器本身的熱輻射，機架各部分應鍍上高反射材料，如金、銀等，並盡可能降溫。為保證空間望遠鏡正確地指向目標，並進行跟蹤觀測，必須有精度很高的姿態控制和導星系統。另外，對於各種接收儀器操縱、轉換和觀測結果的記錄輸送，還要配備有遙控、遙測系統。