人类居住的地球，被厚厚的大气层所包围。由于地面和大气吸收了大量的太阳辐射，空气的密度变化使大气层的分布变得非常不均匀，又由于热空气的密度小而上升，冷空气的密度大而下沉，使冷热空气产生对流形成风，尤其是地球表面的大气温度和密度的变化使大气处于不规则的运动状态。大气不稳定，分布不均匀使大气对太阳光、星光产生折射，影响人们对天体位置、大小、形状的观测判断。例如，早上，我们看到的太阳的实际是太阳的虚像，实际的太阳还在地平线以下。这就好比我们从水底观看空气中的物体，或者是从空气中观看水中的物体。
浓密大气进行天文观测，大气干扰会引起星光的闪烁，使得天文望远镜中很难获得宁静如明镜似的星像。
大气层虽然使人类避免受到宇宙飞来的流星、有害的射线和粒子的危害。但使人类观测宇宙受到了较大的限制。
由于稠密的大气对光线有吸收和阻挡作用，许多遥远、发光微弱的天体，也就无法观测到。通常只有波长较长的可见光和近红外区的辐射才能透过地球大气层，而红外线和紫外线光谱大部份被大气吸收，限制了天文观测设备观测的电磁波波段，尤其表现在根本不可能观测到天体的紫外辐射、X射线和γ射线辐射，这些射线的观测对了解天体能量的来源和演化十分重要。
白天，大气中的烟雾、尘埃、水蒸气等微粒对光线产生散射使天空的背景变得比较明亮。夜晚，大城市的灯光照亮了这些微粒，也使天空有散射光。明亮的天空背景干扰了观测设备和人眼，影响了科学家对天体颜色的判断，妨碍了光学望远镜对暗弱星光的接收。
为了摆脱大气对天文观测的影响，科学家想尽了各种方法。首先想到是把天文观测台建在高山上。因为高山远离了城市，尘埃和烟雾均少。在海拔较高的地方，空气变得稀薄，尘埃和水蒸气颗粒含量降低，对观测效果影响就相对较小。但对于非常精密的天文观测，山顶的观测设备也不能完全排除大气层的影响。即使把天文台设在山上，仍然不能排除阴雨天对观测视线的影响。
于是，科学家们不断地增大地面上的光学望远镜口径。据资料显示，设在前苏联高加索泽连丘克斯卡亚山上的反射式望远镜的口径达六米，美国的帕拉玛山的天文台海尔望远镜口径达到五米。望远镜的口径过大，望远镜就会太重，会引起望远镜变形，从而产生观测误差。所以，望远镜的口径大小也受到了限制。
要完全和彻底摆脱地球大气层的影响，天文学家们渴望把天文望远镜搬到太空的大气层外，设想在月球的背面建立太空天文台。这样，星星就不再"眨眼"，望远镜中星像不会再模糊。在微重力或无重力的情况下，各种望远镜都可以做得很大，放大的倍数可成倍增加，人类探索宇宙之路就会更深更广。
为了实现上述理想，科学家大力发展航天科技。1987年3月31日发射了与"和平"号空间站对接的"量子"号天体物理实验室，并安装了一台紫外天文望远镜。为人类发现临近银河系离地球约16万光年的超新星爆发立下汗马功劳。其珍贵的照片，被认为是本世纪天文学中的最重大发现。印证了中国古代关于超新星爆发的记录。
借助于太空望远镜，人类又发现了银河系中有几千亿颗恒星，许多恒星在质量、成份和温度方面都可以与太阳相比拟。自从航天科技把望远镜设在太空成为现实之后，人类对太空的研究越来越深，探索宇宙奥秘的劲头越来越大，迫切需要更高质量的望远镜。
有人驾驶可重复使用航天飞机的出现，为哈勃升空创造了直接的条件。它兼有火箭垂直起飞、太空飞船轨道运行、飞机水平飞行三大特点。
航天飞机在轨道上可完成释放卫星、回收及维修卫星、进行各种微重力科学实验等多种任务。1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案。经过5年时间，1977年2月研制出一架企业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人且用飞机背上天空试飞，参加试飞的宇航员是海斯和富勒顿两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于诞生，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
1990年4月24日，美国"发现"号航天飞机将美国和欧洲空间局联合研制的哈勃太空望远镜送入距地球六百多千米的轨道，开启了人类探索宇宙的新起点。
哈勃太空望远镜是迄今已送入轨道口径最大的望远镜，全长12.8米，镜简直径4.27米，重11.5吨，由光学部分、科学仪器、辅助系统三大部分组成。包括两个长11.8米，宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板，两个与地面通信用的抛物面天线。
望远镜的光学部份是整个仪器的心脏，由埃尔墨公司花了400万个工时将它精心研磨出来，它采用卡塞格伦式反射系统，由两个双曲面反射镜组成。一个是口径2.4米的主镜，另一个是装在主镜前约4.5米，口径为0.3米的副镜。投射到主镜上的光线，首先反射到副镜上，然后再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量图像，供各种科学仪器进行精密处理，得出来的数据通过中继卫星发回地面。
哈勃太空望远镜的观测目标是太阳系以外的行星系统、变星、银河系中心核、河外星系、类星体等。它可以捕获到超低亮度恒星发出的光，并用电子技术使之增幅，从而得到高质量的映像。哈勃使人类观测宇宙的视野扩大了350倍，可以观察到宇宙中140亿年前发出的光，与看到500千米之外一支蜡烛的亮光相当。
哈勃望远镜帮助科学家对宇宙有了更深的了解。但进行了三次维修的哈勃即将退役，接替它工作任务的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）不久将发射升空，哈勃的贡献将名载史册！
注：有关哈勃望远镜的技术数据来源于网络。