摄影术在天体研究上的应用是天文学的巨大进步之一。19世纪40年代，纽约的德雷珀（Draper）实现了月球的银版照相（daguerreotype）。随着科技的进步，哈佛天文台的邦德（Bond）和纽约的卢瑟福（Rutherford）将这项技术拓展到星辰上。尽管无法与现代天体摄影技术相提并论，但卢瑟福拍摄的昴星团等星团的照片在现在依然有着重要的天文学价值，所以他们的成功显而易见。

其实，普通照相机也可以为星辰拍照，只要它能够像赤道仪一样追逐星辰的周日视运动。几分钟就可以拍摄到很多星星，而大照相机还用不了一分钟。不过，天文学家常常使用摄影望远镜。只要将普通摄影机改良之后便能应用，但为了获得最佳效果，望远镜的物镜一定要让紫光和蓝光聚集到一个焦点上，因为摄影底片对这种光最敏感。

为了摄影制造出的折射望远镜的口径比较短，以便能够观察到更大范围的天空。同时，为了让视野中的像更加清晰，而且减小颜色的模糊程度，物镜常常是两重的，这就是“双分离物镜”（doublet），如巴纳德（Bamard）用来拍摄银河和彗星的布鲁斯双分离物镜（Bruce doublet）。哈佛天文台的61厘米双分离物镜让我们对南天半球有了新的认识。只要物镜能够彻底消除色散作用，折射望远镜不仅可以用于目视，还可以用在摄影研究上。

现在，摄影底片已经普遍用在望远镜上了。为晴朗的天空拍摄了大量照片，而这些照片用于精密研究。等到发现了一个新天体（如新行星或者新星）之后，天文学家可以在更早以前的这部分天空的摄影中找到许多历史资料。冥王星就是一个显著的例子。

古时候，天文学家用画图的方法记录太阳黑子、日食、行星、彗星、星云等天体现象。这些图需要很长时间才能完成，而且其中含有艺术家的个人偏见。有时，两位天文学家在同一天体的画图上有着很大区别，或者同一天文学家不同时期的画图不同。摄影术能够让我们得到更加真实的天体影像，而且只需要很短的时间即可。

天体摄影的主要优势是，经过长时间的曝光，底片上会出现许多肉眼看不清楚或者看不见的东西。例如，某些星云在照片中很清晰，但即使通过最好的望远镜也无法看见它们。当对一个非常微弱的天体摄影时需要几个小时的曝光，还需要望远镜的活动部分准确移动，更需要天文学家的高超技术和非凡耐性，这样才能拍摄出清晰的照片。

光电耦合器件CCD逐渐取代了照相底片，用在天体摄影中。CCD能够实时观测天体，量子效率高，许多优点是照相底片无法比拟的。