镜摄影技术被发明之前，天文学家利用光学望远镜直接观测土星，发现了八颗卫星。1655年，克里斯蒂安·惠更斯用他自己设计的57毫米物镜折射望远镜，发现了土星最大的卫星——土卫六。乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼在1671年至1684年间发现土卫三、土卫四、土卫五和土卫八（统称为「路易之星」，）。威廉·赫歇尔在1789年发现土卫一和土卫二。威廉·邦德和乔治·邦德在1848年共同发现土卫七，威廉·拉塞尔亦于同年独自发现土卫七。后来，天文学家利用长时间曝光底片，又发现了更多的卫星。威廉·亨利·皮克林最早在1899年用这种