우주망원경은 지구 대기권 바깥에 위치한 우주 공간에 올려져서 천문학 관측을 행하는 과학 기기를 말한다. 지구는 대기층으로 둘러싸여 있으며 빛이 외계에서 지구로 도달하려면 지표면에 닿기 전에 대기층을 지나야 한다. 이때 대기층에 존재하는 기체들이 지구상에 존재하는 생명체에게 엄청나게 치명적인 X-선, 자외선, 감마선 등을 우주로부터 흡수하기 때문에 가시광선과 전파만이 대기를 지나서 지상에 도달하게 된다. 대기권이 이러한 것들을 흡수하는 덕분에 우리는 지구상에서 안전하게 살 수 있지만 한편으로는 천체로부터 오는 빛 중 가시광선과 전파 영역을 제외한 다른 파장의 빛은 모두 대기에 의해서 차단 되거나 흡수되기 때문에 관측할 수 없다는 점도 있다. 또한 지상에서 관측했을 때 대기가 흔들리거나 하는 상황이 있을 경우에는 선명하게 보이지도 않는다는 점도 있다. 이러한 요인들 때문에 지상에서의 관측으로는 우주에 대한 많은 정보들을 얻기가 어려워진다. 이런 문제점들을 극복하고 해결하기 위해서는 지구 대기권 밖에 있는 우주 공간으로 나가서 우주를 관측하는 것은 지구 대기 요동에 의한 화질 저하를 피할 수 있고 지구 대기로 인한 관측 파장의 제한을 받지 않는다는 장점을 가지게 된다. 하지만 우주망원경은 단점도 있는데 지구상에 건설되어 있는 지상 망원경에 비해 최초로 발사하게 되면 그 이후에는 추가적인 정비나 업그레이드가 불가능하고 지상에 있는 망원경에 비해서 가동 기간이 짧다는 단점이 있다. 세계의 우주 망원경으로는 여러 종류의 망원경이 있는데 그 대표적인 예로는 허블 우주 망원경, 스피처 우주 망원경 등이 있다.
우선 천문학자인 에드윈 허블의 이름을 가져온 허블 우주망원경은 지구의 지상에서부터 고도 2,000km까지의 인공위성 궤도를 말하는 지구 저궤도로 발사된 우주망원경이다. 허블 망원경은 미국 항공 우주국과 유럽 우주국의 협력으로 건설되었다. 1983년 발사되기로 계획돼 있었던 허블 우주 망원경은 기술적인 문제나 챌린저 우주왕복선 폭발 사고 등 여러 가지 사유로 우주선 발사를 계속 지연되다가 1990년에 드디어 발사되었다. 허블 우주망원경은 최초의 우주망원경은 아니지만 NASA의 거대 관찰 위성의 일원으로 가장 크고 가장 많이 쓰이는 우주 망원경 중에 하나로 천문학 역사상 중요한 망원경이다. 허블 망원경은 2.4미터의 렌즈 대신에 주 거울을 갖추고 있으며 근 자외선, 가시광선, 근적외선 스펙트럼을 관측한다.
허블망원경은 역사상 가장 상세한 가시광선 영상을 촬영함으로써 먼 우주의 모습도 알려주었다. 허블 망원경의 궤도는 지상에 있는 망원경과 비교했을 때 지구의 대기권의 영향을 비교적 조금 받기 때문에 해상도가 매우 높은 영상을 얻는 데 아주 우수한 우주망원경이다. 허블이 우주 공간상의 서로 다른 두 지점 사이의 거리가 시간이 지남에 따라 증가하는 현상인 우주 팽창 속도를 정확하게 측정하였고 허블 망원경이 발견한 수많은 관측은 곧 천체물리학이 가지고 있던 난제의 돌파구가 되었으며 우주 비행사를 통해 우주에서 정비할 수 있도록 설계된 유일한 망원경이라고 한다. 허블이 촬영한 가장 유명한 사진 중 하나인 창조의 기둥, 독수리 성운에서는 별들의 생성을 보여주고 있다. 창조의 기둥은 차가운 수소 분자와 먼지로 이루어져 있으며 그것들은 주위 가까운 항성들이 방출하는 자외선으로 침식되고 있는 사진이다. 허블 우주망원경이 지구로부터 약 7,000광년 떨어진 독수리 성운의 성간가스와 성 간 먼지의 덩어리를 촬영한 사진인데 이 가스와 먼지들이 새로운 별을 만드는 과정 중에 있으며 그와 동시에 형성된 근처의 별의 빛에 의해 무너져 가고 있기 때문에 이런 이름이 붙여졌다. 이 허블 망원경이 찍은 여러 천체 사진들로 인해 유명한 천체 망원경이 되었고 허블 망원경의 대표적인 임무는 은하와 별 관측, 우주 팽창 증거 발견이다.
다음으로 스피처 우주 망원경은 적외선 우주 망원경이며 미국 항공 우주국의 거대 관찰 위성의 마지막 망원경이다. 스피처 우주 망원경으로 명명되기 전에는 우주 적외선 망원경 기지라고 불리었다. 2003년에 발사되었던 스피처 우주 망원경은 그때 당시 임무 기간은 2.5년 정도였지만 내부의 액체 헬륨이 손실되는 5년 정도까지도 임무를 지속할 수 있을 것으로 예상되었다. 스피처 우주 망원경은 보통 다른 위성처럼 지구를 중심으로 하는 궤도 위에 있는 것이 아니라 태양을 중심으로 하는 일심 궤도 위에 있으면서 지구를 따라서 궤도운동을 한다. 스피처 우주 망원경이 최초로 촬영한 영상은 망원경의 능력을 보여주기 위해 계획되었는데 첫 영상은 항성이 생성되는 장면, 소용돌이치는 먼지 은하 등을 포함하였다. 스피처 우주 망원경은 3가지의 장비가 탑재하고 있다. 첫 번째로는 IRAC로 4개의 파장에 대해 동시에 작동하는 카메라이다. 스피처 우주 망원경에 실린 장비 중에는 유일하게 따뜻한 곳에서도 동작할 수 있는 장비이다. 두 번째로 IRS는 4개의 모듈로 이루어진 적외선 분광기이며 각 모듈은 128*128픽셀의 검출기로 이루어져 있고 단파장용 검출기는 비소를 첨가한 실리콘을 이용해서 장파장용 검출기는 안티몬을 첨가한 실리콘을 이용해 만들었다. 다음 세 번째로는 MIPS이다. 스피처 우주 망원경이 발사되기 전에는 우주와 지상 관측소에서 이루어졌는데 지상 관측소는 적외선 관측을 하는 데 있어 매우 제한적이었다고 한다. 이것은 지구 대기권과 망원경 자체가 모두 적외선을 방출하기 때문이었고 대기권은 그 자체가 대부분 적외선 영역에 대해 불투명하기 때문이다. 이런 이유로 지상 관측 시에는 노출 시간을 길게 줘야만 했는데 이렇게 긴 노출 시간은 희미한 천체를 탐지하는 것을 더욱 어렵게 했다. IRAS나 ISO와 같은 이전의 우주에서의 적외선 관측은 천문학 기술에 있어서 많은 발전을 가져왔다.