大きな望遠鏡は、気候から守るため及び観測条件を安定化させるためにドームに格納される。例えば、望遠鏡の両端の温度が異なると熱膨張のために構造が変化し、光学素子の位置を変え、像に影響を与える。このため、ドームは通常は明るい白色（酸化チタン(IV)）または無塗装の金属である。ドームは、空気が循環し、望遠鏡全体が周りと同じ温度になるように、観測が始まるずっと前の夕方頃に開かれる。風やその他の震動を避けるため、周りのドームや建物とは別のコンクリートの基礎に建てられるのが一般的である。
アマチュア天文学者は、ニュートン望遠鏡や反射望遠鏡等を用いるが、最近はマクストフ望遠鏡の利用も増えてきた。
写真の発明の前には、全ての天文学は裸眼で行われた。しかし、フィルムの感度が十分高くなる前に、圧倒的な利点のために、天文学全体がフィルムに移行した。
ブリンクコンパレータは、空の同じ領域を別の時間に撮影した
分光器は、観測天文学に不可欠な機器である。元素による特定の波長の光の吸収は、観測される遠い天体の特性を調べることを可能にする。これにより、太陽の放出スペクトルからヘリウムが発見され、遠い恒星、銀河、その他の天体について多くの情報が得られた。スペクトルのドップラーシフト（特に赤方偏移）は、視線運動や地球からの距離を決定するのに用いられる。
初期の分光器としては、光を幅広いスペクトルに分けるプリズムが用いられていた。後に、プリズムに比べて光りの喪失量が少ない回折格子が開発され、スペクトル解像度が向上した。スペクトルは長露光で撮影することができ、遠い銀河等の暗い天体のスペクトルの測定を可能とした。
現在は、CCDを用いた光電測光法が観測にしばしば用いられている。このような感度の良い機器は、個々の光子に近い明るさや眼では見えないスペクトルまで記録することができる。長い時間で到達する数個の光子を記録できることで、大気の効果をある程度コンピュータで補正することが可能となり、解像度を向上させることができた。さらに解像度を向上させるために、複数のデジタル画像を結合することもできる。補償光学と組み合わせると、画質を望遠鏡の理論的な解像度に近づけることができる。