Isaac Newton a construit son télescope à réflexion pour prouver sa théorie selon laquelle la lumière blanche est composée d’un spectre de couleurs. Il avait conclu que la lentille de tout télescope réfringent souffrirait de la dispersion de la lumière en couleurs (aberration chromatique). Le télescope qu’il a construit utilise des miroirs comme objectif, ce qui permet de contourner ce problème. Pour créer le miroir primaire, Newton a utilisé une composition personnalisée de métal composée de six parties de cuivre pour deux parties d’étain, une composition précoce du métal du spéculum. Il a conçu des moyens de façonner et de rectifier le miroir et a peut-être été le premier à utiliser un rodage pour polir la surface optique. Il choisit une forme sphérique pour son miroir plutôt qu’une parabole pour simplifier la construction : il était convaincu que l’aberration chromatique, et non l’aberration sphérique, constituait le principal défaut des télescopes réfracteurs. Il ajouta à son réflecteur ce qui est la marque de fabrique d’un « télescope newtonien », un miroir secondaire « diagonal » près du foyer du miroir primaire pour réfléchir l’image à un angle de 90° vers un oculaire monté sur le côté du télescope. Cet ajout unique permettait de voir l’image avec une obstruction minimale du miroir objectif. Il a également fabriqué tout le tube, la monture et les raccords.
Newton a décrit son invention comme:
« Le diamètre de la sphère à laquelle le métal était rectifié de façon concave était d’environ 25 pouces anglais, et par conséquent la longueur de l’instrument d’environ six pouces et un quart. Le verre de l’œil était plan-convexe, et le diamètre de la sphère à laquelle le côté convexe était meulé était d’environ 1/5 de pouce, ou un peu moins, et par conséquent il grossissait entre 30 et 40 fois. Par une autre méthode de mesure, j’ai constaté qu’elle était agrandie 35 fois. Le métal concave portait une ouverture d’un pouce et un tiers, mais l’ouverture était limitée non pas par un cercle opaque, couvrant le membre du métal tout autour, mais par un cercle opaque, placé entre la lunette et l’œil, et perforé au milieu d’un petit trou rond pour que les rayons passent jusqu’à l’œil. En effet, ce cercle, placé à cet endroit, arrête une grande partie de la lumière erronée qui, autrement, aurait perturbé la vision. En le comparant avec une assez bonne perspective de quatre pieds de long, faite avec un verre concave, j’ai pu lire à une plus grande distance avec mon propre instrument qu’avec le verre. Pourtant, les objets y apparaissaient beaucoup plus sombres que dans le verre, en partie parce que la lumière était perdue par réflexion dans le métal plus que par réfraction dans le verre, et en partie parce que mon instrument était surchargé. S’il avait été agrandi 30 ou 25 fois, l’objet aurait paru plus vif et plus agréable. « Le métal de l’objet était large de deux pouces et épais d’environ un tiers de pouce, pour l’empêcher de plier. J’avais deux de ces métaux, et quand je les eus polis tous deux, j’essayai lequel était le meilleur ; et je rectifiai encore l’autre, pour voir si je pouvais le rendre meilleur, que celui que je gardais. »
Newton décrit un télescope avec un miroir primaire concave objectif de 2 pouces (50 mm) 0,3 d’un pouce d’épaisseur, rectifié pour s’adapter à une sphère qui avait 25 pouces de diamètre lui donnant un rayon de 12,5 pouces et une distance focale de 6,25 pouces (158 mm). L’ouverture du miroir était réduite à une ouverture effective de 1,3 pouces en plaçant un disque percé d’un trou entre l’œil de l’observateur et l’oculaire. Le télescope était doté d’un miroir secondaire plat et diagonal qui renvoyait la lumière à un angle de 90° vers un oculaire Plano-convexe d’une longueur focale probable de 4,5 mm, ce qui donnait le grossissement de 35 fois observé par Newton. Newton a déclaré que le télescope mesurait 6,25 pouces de long, ce qui correspond à la longueur de l’instrument illustré dans sa monographie « Opticks ». Il semble que le deuxième télescope, qui a été présenté à la Royal Society, ait une distance focale plus longue, car il est nettement plus long que le premier, illustré dans sa monographie et décrit dans « Opticks ». Newton a terminé son premier télescope à réflexion à la fin de l’année 1668 et a écrit pour la première fois à son sujet dans une lettre du 23 février 1669 à Henry Oldenburg (secrétaire de la Royal Society). ».
Newton a constaté qu’il pouvait voir les quatre lunes galiléennes de Jupiter et la phase de croissant de la planète Vénus avec son nouveau petit télescope. Isaac Barrow, l’ami de Newton, a montré le télescope à un petit groupe de la Royal Society de Londres à la fin de l’année 1671. Ils étaient si impressionnés par le télescope qu’ils en ont fait la démonstration à Charles II en janvier 1672. Ce télescope est resté dans les archives de la Royal Society jusqu’à ce qu’il se désintègre, puis a disparu de leurs archives. La dernière référence à ce télescope date de 1731, disant qu’il n’en restait que deux miroirs.
Le potentiel pratique du premier télescope de Newton est devenu plus clair à la fin du 18e siècle, lorsque le plus grand réflecteur avait atteint près de 50 pouces d’ouverture (126 cm) alors que le plus grand objectif de lentille achromatique ne dépassait pas environ 5 pouces (13 cm).
Il y a eu un certain manque de clarté sur les premiers télescopes que Newton a construits, mais il est maintenant clair que son premier télescope était un prototype qu’il a construit en 1668. Il n’a été vu que par quelques amis à Cambridge et on sait très peu de choses à son sujet. Ce prototype avait un miroir d’un peu plus d’un pouce de diamètre, probablement 1,3 pouce, et d’environ 6 pouces de longueur. Newton se référait rarement à ce prototype dans les années suivantes et c’est pourquoi sa deuxième lunette est souvent appelée sa première.
Le deuxième télescope de Newton a été fabriqué en 1671 ; il avait un miroir de 2 pouces de diamètre et une distance focale comprise entre 6,25″ et 6,3″. Il a fabriqué deux miroirs et a choisi le meilleur pour le télescope. Il n’a pas gardé ce télescope longtemps, mais l’a présenté à la Royal Society pour examen. Un compte-rendu de ce télescope juste après sa présentation en décembre 1671 le décrit comme mesurant environ 7 pouces de long et 2,25 pouces de diamètre. L’image était vue à travers un trou sur le côté du tube « de la taille d’une tête de grande épingle ». Le tube était d’une seule pièce et le miroir était déplacé vers le haut à partir du bas afin de le mettre au point. Il était monté sur une monture à rotule. Ce deuxième télescope est resté avec la société et en 1731, il s’est désintégré au point que seuls les deux miroirs métalliques sont restés. Il a ensuite disparu. Il est certain qu’il ne s’agit pas du télescope que la Royal Society possède actuellement, car ce miroir contenait de l’argent et le troisième miroir du télescope ne contient pas d’argent mais de l’arsenic. C’est quelque chose que Newton a proposé comme une amélioration de son deuxième miroir de télescope car il a trouvé que le métal était trop mou à cause de l’argent.
Le troisième télescope de Newton a été construit en 1671-1672 par Newton et son « camarade de chambre » au Trinity College John Wickins. Il a rapporté que Wickins a fait un meilleur travail de figuration du miroir que celui qu’il avait fait sur son deuxième télescope. Il s’agit du télescope qu’il avait près de lui lorsqu’il écrivait les Opticks. Le télescope est apparu quelque temps plus tard dans la boutique des fabricants d’instruments Heath and Wing, avec un instrument de Newton appartenant à Edmond Halley. Il est fort probable que le télescope soit passé à Halley, puis à Heath and Wing. Le miroir de ce troisième télescope a été endommagé en 1694 par Newton alors qu’il essayait de le nettoyer. On pense que le miroir a ensuite été refiguré par des restaurateurs, en tenant compte de son trou d’oculaire bouché à une distance appropriée pour un miroir de 6,25 pouces de longueur focale et de la nouvelle position de l’oculaire pour le miroir actuel de 8,5 pouces de longueur focale. L’oculaire actuel en laiton n’est pas d’origine et a été ajouté plus tard. Ce télescope a été restauré par Heath and Wing et présenté à la Royal Society en 1766 comme le télescope que Newton avait fabriqué. À une date ultérieure, une plaque a été ajoutée à ce télescope avec une inscription incorrecte affirmant qu’il s’agissait de son premier télescope, fabriqué en 1671. Ce télescope comprend probablement les miroirs d’origine, réaffûtés, une partie de la base d’origine, la barre de support d’origine et peut-être le tube d’origine ou des parties de celui-ci.