由美国加利福尼亚大学和加州理工学院设计的加利福尼亚极大望远镜（CELT）、美国国立光学天文台和新倡议办公室（New Initiatives Office）设计的巨型组合镜面望远镜（GSMT）、加拿大设计的非常大型光学望远镜（VLOT）3个30米极大望远镜方案在21世纪初合并演变产生。参加合作建造TMT的国家研究机构有：美国加州理工学院、加利福尼亚大学、加拿大国家研究委员会、日本国立自然科学研究所、印度科学技术部、中国科学院国家天文台等。望远镜台址初定为夏威夷莫纳克亚山（Mauna Kea）。最初，TMT于2004年开始设计，计划2011年开始建造，预算14亿美元。截至2023年，尽管望远镜设计已经进入详细设计阶段，但因为选定的夏威夷莫纳克亚山台址没有落实，还没有正式开始建造，预计2027年建成。

TMT将是一个探测天文学前沿问题的巨型光学红外观测工具。其自适应光学和光谱能力将使天文学家探索宇宙形成时期的第一批恒星和星系；通过观测暗弱的遥远的星系和星系际介质研究宇宙大尺度结构的形成和演化，获得早期宇宙的物理信息和研究暗物质的本质。TMT的高分辨率观测将拓展科学家研究许多存在于遥远星系中心的黑洞的能力，以及详细研究我们银河系中心的黑洞。TMT还将在恒星和行星的形成发挥非常重要的作用。TMT能够描述和研究系外行星的属性和找到地球以外是否存在生命。

TMT的主镜口径30米，设计观测波段0.31微米～28微米，主镜焦比f/1，是经典的两块曲面镜的R-C光学系统（见R-C望远镜）。主镜由492块1.45米的子镜构成，拼接主镜控制系统用边缘位移传感器和位移促动器。系统焦比f/15，视场较小，副镜直径3.1米，通过六杆机构定位副镜并保证光学系统的准直。第三境是一块3.5米×2.5米的平面镜，用于引导望远镜的像到内史密斯平台上的观测仪器，通过转动第三镜在两个内史密斯平台之间转换。整架望远镜55米宽，50米高，总重两千多吨。

已经计划的科学仪器有红外成像光谱仪、宽视场光学光谱仪、多目标衍射限高分辨红外光谱仪、中红外自适应光学分光成像仪、多目标近红外光谱仪、行星系统成像仪、近红外自适应光学阶梯光栅分光仪、高分辨光学光谱仪、天文快速成像和分光偏振探测器。其中有3台是在出光时使用的第一代仪器，即：红外成像光谱仪IRIS（光谱分辨率4000～8000，视场2.25角秒×4.4角秒，观测波长0.8～2.4微米）、视宁度限制的宽视场光学光谱仪WFOS（光谱分辨率1500～3500，视场8.3角分×3角分，波长0.31～1.0微米）、多目标衍射限高分辨红外光谱仪MODHIS（光谱分辨率100000，视场直径5角秒，波长0.95～2.5微米）。TMT的第一代仪器将在近红外波段通过自适应光学实现衍射限分辨率成像，多激光导引星和多共轭自适应光学技术将被采用，但没有大视场的近地自适应光学系统。

30米望远镜计算机模拟图