空间望远镜建设的原因主要是地球的大气层对许多波段的天文观测影响甚大。天文学家便设想若能将望远镜移到太空中，便可以不受大气层的干扰得到更精确的天文资料。空间望远镜既不受限于大气视宁度（由于大气中的湍动所造成的），也不会受到地球表面人工光源的光污染。作为代表的哈勃空间望远镜自从1990年进入太空以来，已经成为最多产的天文望远镜之一。大量的望远镜被发射到了空间，大大地增加了我们对于宇宙的认识。

空间望远镜的观测波段可以按照电磁波谱的频段进行分类。即自高频至低频分为伽马射线区、X射线区、紫外区、可见光区、红外区、微波区和射电区，如观测可见光波段的哈勃空间望远镜、观测红外波段的斯皮策空间望远镜、观测X射线波段的钱德拉空间望远镜、观察γ射线波段的康普顿望远镜（已于2000年退役）及观测宇宙线的暗物质粒子探测卫星等。空间望远镜的探测对象不仅仅局限于银河系内外以及太阳系内的各种天体，也包括宇宙线粒子及引力波等。