O telescópio refrator trabalha com a refração, a luz passa através uma lente para formar a imagem. Este instrumento possui uma lente objetiva que capta a luz dos objetos e forma a imagem no foco. Logo atrás temos uma segunda lente chamada de ocular. A ocular funciona como uma lupa, aumentando a imagem formada pela objetiva. O telescópio refrator, também conhecido como luneta, foi aperfeiçoado pelo astrônomo e físico Galileu Galilei no ano de 1610. O telescópio utilizado por Galileu era um instrumento de pequenas dimensões e constituído por uma objetiva cromática ( objetiva formada por uma única lente convergente ). Este tipo de objetiva apresenta um grave problema : a aberração cromática, isto é, as diferentes cores que formam a luz branca são decompostas, fazendo com que os diferentes componentes cromáticos interceptem o eixo óptico da objetiva em pontos diferentes. Assim um observador que utiliza este tipo de instrumento percebe algumas manchas coloridas em volta dos astros.

Apesar de todos esses problemas Galileu realizou várias descobertas importantes tais como: crateras e montanhas na Lua, as manchas solares, os quatro principais satélites de Júpiter, as fases de Vênus e a constituição estelar da Via Láctea. Para diminuir um pouco os efeitos da aberração cromática os construtores de telescópios começaram a produzir objetivas com distâncias focais extremamente grandes, pois à medida que aumentamos a distância focal as diferentes cores que compõem a luz branca encontram o eixo óptico em pontos mais próximos. Um exemplo desse tipo de instrumento foi o telescópio utilizado por Johann Hevelius que apresentava uma objetiva de tamanho pequeno e com uma distância focal próxima de 20 metros. Isso deixava o telescópio muito grande e com imagens de baixa qualidade devido ao aumento muito exagerado. Os telescópios refratores só começaram a atingir as dimensões atuais com a invenção da objetiva acromática. Esse tipo de objetiva foi proposta em 1733 por Chester More Hall e a primeira objetiva desse tipo foi feita por John Dollond em 1759.

A objetiva acromática é composta por duas lentes, a primeira é uma lente biconvexa e a segunda uma lente plano-côncava. Essas duas lentes são confeccionadas utilizando diferentes tipos de vidro. A primeira lente é confeccionada com um vidro menos denso e a segunda lente é feita com um vidro de maior densidade. Devido a maior densidade da segunda lente as diferentes cores sofrem um desvio interceptando o eixo óptico praticamente no mesmo ponto. Com isso a aberração cromática é bem reduzida.

Atualmente temos outras objetivas mais complexas como as apocromáticas e as semi-apocromáticas, ambas formadas por três lentes. Encontramos também diversos tipos de objetivas acromáticas e objetiva tipo Clairaut é a mais utilizada em binóculos e telescópios refratores destinados aos amadores.