一種使天體X輻射成像的儀器。X射線很易被介質吸收，且在介質中其折射率近於1。這表明，折射系統不可能用在X射線波段，而X射線在非常傾斜的掠射角下將產生全反射。掠射X射線望遠鏡就是利用這種全反射原理設計而成的。1952年，沃爾特首先建議利用X射線掠射的全反射現象來進行光學聚焦，使用兩個同軸共焦旋轉圓錐曲面組合構成的光學系統，可以減少像差。他還提出三種有實用意義的成像系統方案（如圖）。X射線望遠鏡光學系統一般採用沃爾特Ⅰ型──拋物面焦點與雙曲面的後焦點重合的同軸軸光學系統。其焦平面通過雙曲面的前焦點。按照制作工藝來劃分，X射線望遠鏡的研制已經歷三代。第一代鏡面是鋁制的，效率為1％，1963年用這種望遠鏡拍攝到分辨率為幾角分的照片，可看出太陽上存在著X射線發射區。第二代鏡面是在光學拋光的不銹鋼模上電鑄鎳，它的效率在8.3埃處約為20％。1965年，曾用它攝得太陽像，分辨率為30″，發現大面積弱發射區。第三代鏡面已在天空實驗室的望遠鏡裝置上使用，一個是利用熔石英做鏡面材料，另一個是由兩套同軸共焦系統進行套迭組成。鏡坯采用鋁材，表面鍍鎳磷合金，分辨率可達1″～2″，能觀測到許多日冕亮點。
X射線望遠鏡的輻射接收器有乳膠（膠卷或幹板）、正比計數器、X射線圖像轉換器等。乳膠是使用最廣泛、歷史最長的輻射接收器，它可以積累與儲存太陽像，能充分地利用觀測時間，使用方便。迄今在X射線天文觀測中仍占相當重要的地位。使用乳膠記錄方法的不利之處在於它的效率很低，需要較長的累積時間。在空間探測上使用受到限制。利用X射線圖像轉換器作為X光望遠鏡的輻射接收裝置沒有這些缺點。在 X射線天文中已經使用的X射線圖像轉換器有兩種：①微通道板(MCP)，是根據二次電子發射的原理由許多極細的高鉛玻璃管構成的；②閃爍晶體，一些透明的晶體（如碘化鈉或塑料）在吸收X光子後，原子（或分子）被激發（或電離），它們在核態向低能態過渡中發射出可見輻射，即可用通常光導攝像管、正攝像管、二次電子電導攝像管來拍攝。位置靈敏正比計數器是一般正比計數器的變型，是使用許多平行金屬絲獲得信息的計數器，它靈敏度高、分辨率低，適合探測十分微弱的宇宙X射線展源。
在恒星X射線天文學中使用的掠射X射線望遠鏡，在結構上與太陽 X射線望遠鏡相似。由於恒星的輻射流量比太陽弱得多，因而恒星掠射X射線望遠鏡要求有更大的有效集光面積和更靈敏的探測器。為瞭探測宇宙中較弱X射線源，美國在七十年代開始研制集光面積為1，000平方厘米、焦距為610厘米的掠射X射線望遠鏡，視場為60'，分辨率為2"。