Nombre genérico con el que se define a los satélites artificiales diseñados específicamente para realizar observaciones astronómicas fuera de la atmósfera terrestre, bien en el rango de la luz visible , bien en cualquier otra región del espectro electromagnético, tales como los rayos infrarrojos, los ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma. También son conocidos como Observatorios espaciales.

Las razones que justifican su construcción son básicamente las que buscan evitar las perturbaciones causadas por la atmósfera, ya que ésta resulta opaca a muchas de estas radiaciones mientras la luz visible y parte de la infrarroja, a las que sí es transparente, se ven perturbadas al atravesarla, con una pérdida notable de resolución por parte de los telescopios tradicionales. Por esta razón los diferentes telescopios espaciales fueron diseñados para registrar una u otra -o varias- de estas regiones espectrales. En ocasiones sus misiones eran más específicas, tales como la detección de planetas extrasolares o el cartografiado de la esfera celeste.

Aunque son numerosos los telescopios espaciales de todo tipo que existen o han existido, se suele sobreentender como tal al Hubble, bautizado con este nombre en homenaje al astrónomo norteamericano Edwin Hubble y el único de todos ellos que opera en la región del visible.

Las razones que motivaron la puesta en órbita del Hubble fueron principalmente el punto muerto al que habían llegado los telescopios convencionales terrestres, ya que conforme a la tecnología del momento no era posible construir espejos rígidos de mayor tamaño que el veterano -data de 1948- de Monte Palomar, con cinco metros de diámetro, o el ruso de Zelenchukskaya, de seis metros, inaugurado en 1976. Teniendo en cuenta que la principal limitación para la resolución óptica de los objetos lejanos son las perturbaciones atmosféricas que distorsionan las imágenes, se estimó que con un telescopio de menor tamaño -el espejo principal del Hubble tiene sólo 2,4 metros de diámetro, lo que corresponde a una superficie colectora de luz de apenas una cuarta parte de la del de Monte Palomar- se podría conseguir una resolución de imagen igual o superior a la de éstos si se conseguían evitar estas perturbaciones llevando al telescopio más allá de la atmósfera.

El Hubble es un cilindro de 13,2 metros de longitud y un diámetro máximo de 4,2 metros, con un peso de 11 toneladas. Aunque su instrumento principal es el ya citado espejo de 2,4 metros de diámetro, cuenta también con otros equipos tales como cámaras y espectrómetros que operan tanto en el visible como en el infrarrojo cercano.

Fue puesto en órbita, a unos 600 kilómetros de altitud, en abril de 1990 en una misión del transbordador espacial Discovery. Por desgracia un fallo en el pulido del espejo principal lo dejó poco menos que inservible, por lo que en diciembre de 1993 fue necesaria una segunda misión del transbordador espacial, en esta ocasión el Endeavour, para subsanar el fallo, que fue corregido de forma satisfactoria. Tras la reparación el Hubble comenzó a funcionar con normalidad -en realidad el resto de los equipos lo habían hecho desde el primer día-, proporcionando una gran cantidad de fotografías tan interesantes como espectaculares.

A partir de entonces se han realizado varias misiones de mantenimiento, siempre con misiones del transbordador espacial, en febrero de 1997, en diciembre de 1999, en marzo de 2002 y en mayo de 2009, las dos primeras por el Discovery, la tercera por el Columbia y la última por el Atlantis, sin que esté prevista ninguna más hasta el final de su vida útil en 2014.

Para reemplazar al Hubble se ha diseñado una nueva generación de telescopios espaciales tales como el Herschel y el Planck, lanzados de forma conjunta en mayo de 2009, o el James Webb, cuyo lanzamiento está previsto para octubre de 2018. Sin embargo, todos ellos operarán en el rango de la radiación infrarroja -el Herschel y el James Webb- o en el de las microondas -el Planck-, y no en el de la luz visible, como ocurría con éste.

Esta diferencia se debe a que en las nuevas generaciones de telescopios ópticos terrestres se han aplicado tecnologías tales como la óptica adaptativa, los espejos segmentados o la interferometría visible, inexistentes en el momento de su construcción, las cuales salvan el problema de las perturbaciones atmosféricas al tiempo que permiten la construcción de espejos de mayor tamaño o bien de combinaciones de varios telescopios que operan de forma coordinada como si de uno solo se tratase. Al suprimirse de esta manera las limitaciones de los antiguos, resulta ya innecesario tener que recurrir a los telescopios orbitales, puesto que con estos telescopios de nueva generación se pueden conseguir prestaciones similares a las del Hubble sin los problemas de mantenimiento de este último. No ocurre lo mismo con otros rangos espectrales tales como el infrarrojo, los rayos X o los rayos gamma por ser la atmósfera terrestre prácticamente opaca a estas radiaciones, lo que obligará a seguir recurriendo en estos casos a los observatorios orbitales.