Éra moderní astronomie začala sestrojením dalekohledu v Holandsku roku 1608. Nový přístroj zdokonalil a proslavil Galileo Galilei. Převratnou konstrukci astronomického dalekohledu navrhl v Praze Johannes Kepler. Mezníkem ve vývoji bylo použití zrcadla jako objektivu dalekohledu. Pomocí zrcadlového teleskopu objevil v roce 1871 William Herschel novou planetu Uran. V polovině 19. století byla k záznamu pozorování poprvé použita fotografie. Pomocí velkých dalekohledů bylo objeveno rozpínání vesmíru, hlavní poznatek astronomie 20. století. Nové možnosti využití dalekohledu se začaly rýsovat v souvislosti s objevem radiových vln. Pozorování s pomocí viditelného světla se od 30. let minulého století postupně rozšířilo o další části elektromagnetického spektra - radiové, infračervené, ultrafialové, rentgenové a gama záření. V současnosti jsou k astronomickému pozorování využívány obří aparatury, umístěné na observatořích vysoko v horách a teleskopy na oběžné dráze.