反射式天文望遠鏡這種望遠鏡通常利用一個凹的拋物面反射鏡將進入鏡頭的光線匯聚后反射到位于鏡筒前端的一個平面鏡上，然后再由這個平面鏡將光線反射到鏡筒外的目鏡里，不是使用透鏡折射或彎曲光線形成圖像的屈光鏡，這樣我們便可以觀測到星空的影像。反射式天文望遠鏡所用物鏡為凹面鏡，有球面和非球面之分。該種望遠鏡的性能很大程度上取決于所使用的物鏡。

第一架反射式望遠鏡誕生于1668年。牛頓經過多次磨制非球面的透鏡均告失敗后，決定采用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5cm直徑的金屬，磨制成一塊凹面反射鏡，并在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡，使經主鏡反射后的會聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒后到達目鏡。這種系統的望遠鏡稱為牛頓式反射望遠鏡。

除了牛頓式反射望遠鏡系統，還有2種系統：

（1）格雷戈里系統

詹姆斯·格雷戈里在1663年提出一種方案：利用一面主鏡，一面副鏡，它們均為凹面鏡，副鏡置于主鏡的焦點之外，并在主鏡的中央留有小孔，使光線經主鏡和副鏡兩次反射后從小孔中射出，到達目鏡。這種設計的目的是要同時消除球差和色差，這就需要一個拋物面的主鏡和一個橢球面的副鏡，這在理論上是正確的，但當時的制造水平卻無法達到這種要求，所以格雷戈里無法得到對他有用的鏡子。

（2）卡塞格林和R-C系統

1672年，法國人卡塞格林提出了反射式望遠鏡的第三種設計方案，結構與格雷戈里望遠鏡相似，不同的是副鏡提前到主鏡焦點之前，并為凸面鏡。這樣使經副鏡鏡反射的光稍有些發散，降低了放大率，但是它消除了球差，這樣制作望遠鏡還可以使焦距很短。

卡塞格林式望遠鏡的主鏡和副鏡有經典的卡塞格林系統和R-C系統；前者的主鏡為拋物面，副鏡為雙曲面，而后者的主鏡為雙曲面，副鏡也是雙曲面。此二類系統在大型望遠鏡制作中經常使用。由于卡塞格林式望遠鏡焦距長而鏡身短，放大倍率也大，所得圖象清晰。但由于其主副鏡均為非球面，加工難度甚大，制作成本高昂，再加上視場角較小，所以科普天文望遠鏡中不常用。

在反射望遠鏡中，有時會設計成多個焦點，用以產生不同的相對孔徑、視場角及焦距。如內史密斯天文望遠鏡。它是卡塞格林天文望遠鏡的一種變種；系統在望遠鏡筒內，主鏡和目鏡之間設有一面反射鏡，這一點跟牛頓系統望遠鏡類似。

淮安天文望遠鏡廠家介紹，反射式天文望遠鏡有許多優點：沒有色差，能在廣泛的可見光范圍內記錄天體發出的信息，且相對于折射望遠鏡比較容易制作。但由于它也存在固有的不足：如口徑越大，視場越小，物鏡需要定期鍍膜等等。著名的反射式天文望遠鏡有夏威夷島上的世界最大的凱克望遠鏡以及坐落于俄羅斯北高加索山區的大型經緯天文望遠鏡。