望远镜是在1608年由荷兰的一位叫做汉斯·里佩的眼镜商人发明的。有一天，里佩的儿子在玩耍中偶然发现，将两块透镜重叠，并使其相隔一定的距离，通过镜片观察，可以看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。里佩受此启发，把2块镜片装在一个铜管的两头，制成了世界第一架望远镜。
汉斯·里佩的这项发明，引起了意大利天文学家伽利略的关注。1609年，伽利略自己动手，制作出了放大32倍的光学望远镜。这种望远镜由2个镜头组成，物镜大一些，目镜小一些。光线从物镜进入，出现物像的倒影，光线通过第二个镜头后，发生折射现象，使光线变成平行，眼睛看到放大了的物像，但是倒影。这种折射望远镜有一个缺点，即物像有些模糊。
1609年12月的一天，当伽利略将望远镜对准月球这个离地球最近的天体时，令他惊异的是，他看到月球竟然是一个崎岖不平、坑坑洼洼的世界，上面有高耸的山脉、广阔的洼地，还看到了奇特的像火山口那样的环形山。在这之前，人们一直认为月亮表面是冰清玉洁般的光滑，望远镜使人类第一次看到了月亮的真实面貌。
伽利略根据自己的观测，画了一个月面图，这个图成为世界上第一幅月面图。伽利略首次给月亮上的两条大山脉起名，用自己祖国的两座大山名称——亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉来命名月球山脉。从此以后，月面上的许多山脉与高山照例用地球上的山来命名。
1645年比利时数学家、博物学家朗格林诺斯发表了他画的月面图，在图上标有322个地形物，他把暗的区域叫做“海”，把亮的区域叫做大陆，这种称谓沿用至今。
1668年英国科学家伊萨克·牛顿（1642～1727）发明了反射望远镜，它的物镜由一个抛物面或双曲面形的凹面镜组成，光线由凹面镜反射后，经一个小平面镜反射出来，由目镜进行观测。反射望远镜克服了折射望远镜物像模糊的缺点，使对月面的观察更前进了一步。进入18世纪以后，随着天文望远镜的发展，人类对月面的了解则更为深入。