天王星在被發現是行星之前，已經被觀測了很多次，但都把它當作恆星看待。最早的紀錄可以追溯至1690年約翰·佛蘭斯蒂德在星表中將他編為金牛座34，並且至少觀測了6次。法國天文學家Pierre Lemonnier在1750至1769年也至少觀測了12次，包括一次連續四夜的觀測。
威廉·赫歇爾在1781年3月13日於他位於索美塞特巴恩鎮新國王街19號自宅的庭院中觀察到這顆行星（赫歇爾天文博物館），但在1781年4月26日最早的報告中他稱之為彗星。赫歇爾用他自己設計的望遠鏡“對這顆恆星做了一系列視差的觀察”。他在他的學報上的紀錄著：“在與金牛座ζ成90°的位置……有一個星雲樣的星或者是一顆彗星”。
在3月17日，他註記著：“我找到一顆彗星或星雲狀的星，並且由他的位置變化發現是一顆彗星”。當他將發現提交給皇家學會時，雖然含蓄的認為比較像行星，但仍然聲稱是發現了彗星：“我第一次看到這顆彗星時的能量是227。從經驗中我知道，固定恆星的直徑並沒有像行星那樣按比例放大。所以我現在把權力在460年和932年,發現彗星的直徑成比例增加的力量,應該是,假設的不是一個固定的恆星,而恆星的直徑相比,我不是在相同的比例增加。此外，由於彗星被放大得比它的光線所能接受的大得多，它在這些巨大的力量作用下，顯得模糊不清，模糊不清，而星星卻保留著我從成千上萬次觀察中所知道的那種光澤和清晰。續集表明我的猜測是有根據的，這證明是我們最近觀測到的彗星。”
赫歇爾因為他的發現被通知成為皇家天文學家，並且語無倫次的回覆說：“我不知該如何稱呼它，它在接近圓形的軌道上移動很像一顆行星，而彗星是在很扁的橢圓軌道上移動。我也沒有看見彗發或彗尾”。
當赫歇爾繼續謹慎的以彗星描述他的新對象，其他的天文學家已經開始做不同的懷疑。俄國天文學家Anders Johan Lexell估計它至太陽的距離是地球至太陽的18倍，而沒有彗星曾在近日點四倍於地球至太陽距離之外被觀測到。柏林天文學家約翰·波得描述赫歇爾的發現像是"在土星軌道之外的圓形軌道上移動的恆星，可以被視為迄今仍未知的像行星的天體"。波得斷定這個以圓軌道運行的天體比彗星更像是一顆行星。
這個天體很快便被接受是一顆行星。在1783年，法國科學家拉普拉斯證實赫歇爾發現的是一顆行星。赫歇爾本人也向皇家天文學會的主席約翰·班克斯承認這個事實：“經由歐洲最傑出的天文學家觀察，顯示這顆新的星星我很榮譽的在1781年3月指認出的，是太陽系內主要的行星之一”。
天文學家Jerôme Lalande建議將這顆行星稱為赫歇爾以尊崇它的發現者。但是，波得贊成用希臘神話的烏拉諾斯，譯成拉丁文的意思是天空之神，中文則稱為天王星。波得的論點是農神（土星）是宙斯（木星）的父親，新的行星則應該取名為農神的父親。天王星的名稱最早是在赫歇爾過世一年之後的1823年才出現於官方文件中。喬治三世或"喬治之星"的名稱在之後仍經常被使用（只在英國使用），直到1850年，HM航海曆才換用天王星的名稱。
天王星的名稱是行星中唯一取自希臘神話而非羅馬神話的，天王星的形容詞（Uranian）被鈾的發現者Martin Klaproth用來命名在1789年新發現的元素。Uranus的重音在第一個音節，因為倒數第二個音a是短音(ūrănŭs)並且是開放的音節。這樣的音節在拉丁文中從未被強調過，因此在傳統上名字的正確發音是來自英語的[ˈjʊ.rə.nəs]。傳統上不正確的發音，重音落在第二音節並且將a發成長音是很普通的。
天王星的天文學符號是Astronomical symbol for Uranus，它是火星和太陽符號的綜合，因為天王星是希臘神話的天空之神，被認為是由太陽和火星聯合的力量所控制的。他在占星學上的符號，是Lalande在1784年建議的。在給赫歇爾的一封信中，Lalande描述他是"您的名字首次戰勝地球的符號" ("a globe surmounted by the first letter of your name")。在東亞，也都翻譯成天王星（sky king star）。
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