天王星には2013年の時点で27個の衛星が発見され、すべてが命名されている。衛星の名前はウィリアム・シェイクスピアかアレキサンダー・ポープの作品中の登場人物名がつけられている（24個がシェイクスピア関連である）。ボイジャー2号が接近するより前に発見されたアリエル、ウンブリエル、チタニア、オベロン、ミランダを天王星の5大衛星と呼ぶ事がある。衛星の他に、直径10m以下の暗い物質で構成された薄い環もある。天王星の環に関して最初に言及したのは惑星本体の発見者でもあるウィリアム・ハーシェルであった。ハーシェルは1789年2月22日に「赤みがかった」環（ε環と推測される）を観測し、1797年に正式に発表した。だが、この説は受け入れられず、その後約200年にわたり環は観測されなかった。1977年3月10日にカイパー空中天文台から恒星の掩蔽を観測する事によって天王星の環は発見された。その環は暗く、とてもハーシェルの時代の望遠鏡で見えるものではないと思われたが、後にカッシーニによる観測で土星の環が拡散しつつあるという事が分かったため、ハーシェルは天王星の環を実際に観測していたが、その後2世紀の間に環が暗くなってしまったのではないかという仮説が立てられている。天王星の写真に写る輪は一般に鮮やかな色をしているが、これらは殆どが赤外線域で撮影された輪を可視光域の写真と合成したり、あるいは写真そのものが赤外線域で撮影されたものである。可視光では前述の通り非常に暗い為に、輪が明瞭に撮影される事はまず無い。2007年には、天王星の環が地球から見て真横を向く位置になった。天王星では公転周期の半分にあたる42年に一度の出来事である（環が真横を向くのは木星では6年、土星では15年に一度）。また衛星やその影が惑星と重なるのは木星や土星ではよく見られる光景だが、この時にハッブル宇宙望遠鏡によって天王星と重なるように通過する衛星とその影の画像が撮影された。
天王星に接近した宇宙探査機は、1977年8月20日に打ち上げられたアメリカ航空宇宙局のボイジャー2号ただ一機である。ボイジャー2号は1986年1月24日に天王星に最接近し、天王星のほか、環や衛星を撮影した。日本では、1970年代にN-Iロケットを使用した探査が検討されたが、当時はスイングバイ技術を有していなかった事や観測衛星の性能不足などから実現しなかった。
天王星が惑星として確認されたのは近代になってからである。実際には何度も観測されてはいたが惑星とは認識されていなかった。知られている観測例は、1690年にジョン・フラムスティードがおうし座34番星として記録したものが最古である。1781年3月13日、ウィリアム・ハーシェルが天王星を観測した。彼はそれが新天体であることには気づいたが、彗星だと考え、同年3月22日に彗星を発見したと発表した。しかしその後観測が進むと、彗星だと仮定して求めた軌道は観測に合わなかった。そこで、アンデル・レクセルは円軌道を仮定して軌道を求め、観測結果を説明することに成功した。求められた軌道長半径は18.93auで、新天体は土星のはるか遠方の、それまで思われていたよりもずっと巨大な天体であることがわかった。これ以後、新天体は惑星と見なされるようになった。ハーシェルは新惑星をイギリス国王ジョージ3世にちなみ、ゲオルギウム・シドゥス（Georgium Sidus、ラテン語で「ジョージ星」の意）と名付けた（のちに、sidusは恒星であって惑星ではないという指摘を受け、ジョージアン・プラネット（Georgian Planet）に改名）。しかし、イギリス以外では普及しなかった。1784年にジェローム・ラランドが提案した「ハーシェル」は、フランスの天文学者の間に広まった。その後も多くの名前が提案されたが、最終的に、ヨハン・ボーデが提案した「ウラヌス 」が広まった。1827年までにはイギリスでもこの名が最も一般的になり、全ての天文台がウラヌスに切り替えたのは1850年だった。なお、中国で生まれた「天王星」という訳語が、日本・韓国・ベトナムにも広まった。
東京帝国大学医学部教授白木正博の二男として生まれる。父の九州帝国大学医学部への着任により福岡に転居し、福岡県中学修猷館、旧制福岡高等学校を経て、1941年12月、東京帝国大学医学部を卒業。太平洋戦争開戦に際して、海軍軍医として戦艦武蔵に乗艦。復員後、東京帝国大学医学部に復帰し、内村祐之教授の東大附属脳研究室第一部に入室。1949年、助手となる。1950年、「原子爆弾症脳髄の病理」により医学博士の学位を受ける。1953年1月、東大附属脳研究施設脳病理部門講師、1956年11月、助教授を経て、1959年3月、東京大学医学部附属脳研究所教授に就任。1964年1月、熊本大学教授入鹿山且朗らの研究結果を論拠に、水俣病の原因がメチル水銀であることを確定する論文を発表、これが1968年9月の厚生省による水俣病とメチル水銀化合物との因果関係の公式認定に繋がっていく。1966年、日本神経病理学会初代理事長に就任、のち国際神経病理学会名誉会長となる。1968年4月、美濃部亮吉東京都知事の要請により、東大教授現職のまま、新設された都立府中療育センターの初代院長に就任。1968年11月、東京大学医学部長に就任。1970年7月、美濃部都知事から委嘱され、都知事のブレーンである東京都参与となり、医療行政に関与している。このころ、東京都参与として、都知事から老人医療の無料化の相談があったが、そうなると老人が外来あるいは入院という形で病院に押し掛け、青年層や壮年層が病院を利用しにくくなることが予想されるため、老人の専門病院を作る必要があると都知事に提案した。その結果、1972年6月に板橋区に東京都老人医療センターが設立された。白木はその時の開設準備委員長も務めている。その傍ら、スモン訴訟、水俣病訴訟で患者側の証人として法廷で証言し勝訴に導いている。スモン訴訟では、1975年7月15日に東京地裁で患者側証人として出廷し、田辺製薬がスモンのキノホルム原因説を裏付けるデータを隠蔽していることを証言したことにより、その後の裁判の流れを大きく変えることになった。1975年12月、定年を前に東京大学を辞し、白木神経病理学研究所を主宰して、在野から患者の側に立ってスモン、水俣病、ワクチン禍の因果関係の解明などに取り組む。そして、ワクチンによる健康被害の判定基準として、後に多くの裁判において採用されることとなる「白木四原則」を策定する。2004年、肺炎のため死去。