双子座望远镜是由美国、加拿大、智利、巴西、阿根廷、韩国共同建造和运行的望远镜。其中一台位于北半球夏威夷，称为北双子座望远镜（Gemini-N），另一台位于智利海拔2950米的帕穹山，称为南双子座望远镜（Gemini-S）。北双子座望远镜也称为“Frederick C. Gillett望远镜”，位于美国夏威夷的莫纳克亚山的山顶（图1），海拔4214米，于1999年6月建造完成并开光试观测，2000年投入使用，控制中心位于夏威夷大学在希罗（Hilo）的校园内。南双子座望远镜位于智利的帕穹山（Cerro Pachón），海拔2737米，于2000年开始使用（图2）。两架望远镜分别位于南北两个半球，可以完全覆盖整个天区。整个计划耗资约为1.87亿美元，根据参加国所占份额分配望远镜的观测时间。具体管理工作由美国大学天文研究会（AURA）负责实施。

图1 观测中的北双子座望远镜（摄于2015年）

图2 准备观测的南双子座望远镜（摄于2004年）

双子座望远镜的主镜直径8.1米，采用康宁公司超低膨胀玻璃（ULE），主镜焦比F/1.8；副镜直径1.02米，采用碳化硅材料，卡塞格林系统焦比F/16。双子座望远镜曾设计过大视场主焦点，其焦比F/1.7，视场角直径1.5°。望远镜采用了主动光学、自适应光学和激光导星系统，可在近红外区获得接近衍射的星像。观测室的内表面涂了铝反射层，目的是获得稳定的热环境。

每一架双子座望远镜配备了数台可见光和地面可接收红外波长的观测仪器。在望远镜的卡塞格林焦点可以同时装有多台仪器，使在同一个观测夜因为天气条件的变化，或不同的观测计划需要切换仪器可以在很短的时间完成。特别是观测快速瞬变天体，如γ射线暴的观测。

双子座望远镜的设计和建造有两个主要性能目标：第一个目标是有最好的8米望远镜的成像质量；第二个目标是对于地面红外观测，具有最低的辐射干扰。

第一个目标的实现得益于采用了四个措施：①在8.1米直径、20厘米厚的主镜上应用薄镜面主动光学技术，在望远镜观测跟踪天体的过程中，通过120个液压促动器实时地维持镜面的精确曲面形状；②1米直径的副镜能够快速地两维摆动以保证望远镜跟踪天体目标时焦面上像的位置稳定，包括校正望远镜上的阵风、大气湍流或沿光路方向大气密度变化引起的像偏离；③每架望远镜的圆顶的圆柱面上的通风窗可打开至10米，以使主镜上面的气流平滑的流动，保持温度能与圆顶外的温度相当；④两台望远镜均配备了自适应光学系统，在近红外可获得接近衍射极限的像。北双子座望远镜应用自适应光学系统ALTAIR，22.5平方角秒的视场，可以获得30%～45%斯特列尔率。南双子座望远镜在87平方角秒的视场，在H波段，获得0.08角秒角半全宽像质。

第二个目标的实现是为这两架望远镜选择了优秀的红外台址，并且所有的镜面的反射膜都是银膜，而不是像通常的铝膜。与铝膜比较，有保护膜的银膜减少了热红外辐射，并提高了400纳米以上波长的反射率。双子座望远镜是世界上截至2022年，唯一主镜镀银膜的大望远镜。