光學望遠鏡觀測方法是用光學望遠鏡通過接收天體發射的可見光(波長0.4～0.77微米)觀測研究天體的方法。光學望遠鏡主要有折射、反射、折反射三種系統。折射和反射兩種系統結合的折反射望遠鏡，視場和像質都可得到適當改善。因而目前世界上大型天文望遠鏡都採用折反射系統。傳統的記錄方法主要有照相法和光電法。當前先進的終端設備一般採用電荷耦合器件，簡稱CCD (charge coupleddevice)，將光信號轉變為電信號，經計算機處理，可立即得到所需要的定量值。如光信號的強度或天體的位置等。目前的發展趨勢是超大口徑。但由於口徑太大加工困難，已在研製綜合孔徑系統的望遠鏡。由多架望遠鏡同時觀測同一天體，經計算機綜合為一個信號。西歐共同體正在製造4架口徑分別為8米的綜合孔徑望遠鏡，其光力相當於一架口徑16米的超大口徑望遠鏡的光力。還在研究由若干塊小玻璃組合而成的超大口徑望遠鏡，由計算機控制這些小塊玻璃，使之成為整體鏡面，既可獲得大光力又可抵銷大氣抖動。
為了克服地面觀測的大氣障礙，近年已製成“主動光學系統”和“自適應光學系統”望遠鏡。前者的物鏡由較薄的玻璃磨製，用計算機控制若干個力點，當星像被大氣擾動時，通過反饋系統的某個力點，使鏡面產生微小變形，以抵消大氣對星像的擾動。後者是用計算機控制望遠鏡二次反射的較小鏡面，以抵消大氣對星像的擾動。兩種系統的區別是，前者低消低頻大氣干擾，後者抵消高頻大氣干擾。將望遠鏡送到大氣外進行觀測，既可得到清晰的星像，又可觀測到更暗的天體。在軌道上的望遠鏡因無重力影響，可簡化望遠鏡結構，大幅度降低造價，但由於運載工具昂貴，使得空間望遠鏡的推廣頗為困難。今後相當長的時間內，大量觀測工作仍需在地面上進行。
