ใช้เลนส์สองชิ้น คือที่เห็นเป็นท่อนยาวๆ โดยมากจะเป็นกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงเพราะความยาวของกล้องเท่ากับความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุและเลนส์ใกล้ตารวมกัน กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงให้ภาพคมชัดที่สุดและสว่างที่สุดในบรรดากล้องโทรทรรศน์

ภาพดาวที่บันทึกด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงจะมีลักษณะเป็นจุดกลมที่สมบูณ์และคมชัดมากนอกจากนี้กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงมีเลนส์ทั้งบริเวณหน้ากล้องเข้าไปได้น้อย การดูแลรักษาทำได้ง่าย และการที่เลนส์ยึดอยู่กับตัวท่อของกล้องอย่างมั่นคงทำให้กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงไม่มีการวางตัวของระบบเลนส์ (Optical Alignment) ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญในกล้องโทรทรรศน์ประเภทอื่นๆ