牛顿对于天文学的观测十分渴望，而且这种观测是必须要用望远镜的，牛顿只能去改进伽利略和开普勒型的望远镜。
牛顿在经过多次研制非球面的透镜都不成功后，才决定用球面反射镜作为望远镜主镜。
他把25厘米直径的金属磨制成一个凹面反射镜，并在主镜的焦点前放了一个与主镜成45度角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜后以90度角反射出镜筒后到达目镜。
所有的巨型望远镜大多属于反射望远镜，牛顿望远镜为反射望远镜的发展辅平了道路。
牛顿反射望远镜采用抛物面镜作为主镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜（平面的对角反射镜），再次改变方向进入目镜焦平面。
目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。
牛顿反射望远镜用平面镜替换昂贵笨重的透镜收集和聚焦光线，从而使您的每一分钱提供更加多的光线会集的力量。
牛顿反射望远镜系统使您能拥有焦距长达1000mm而仍然相对地紧凑和便携的望远镜。
因为主镜被暴露在空气和尘土中，牛顿反射器望远镜要求更多维护与保养。
然而，这个小缺点不阻碍这个类型望远镜的大众化，对于那些想要一台价格经济，但仍然可以解决观测微弱，遥远的目标的用户来说，牛顿反射望远镜是一个理想的选择。
由于光学系统的原理，牛顿望远镜的成像是一个倒像，倒像并不影响天文观测，因此牛顿反射望远镜是天文学使用的最佳选择。
通过正像镜等附加镜头，可以将图像校正过来，但会降低成像