تعمل تلسكوبات الفضاء بطريقة مشابهة لتلك التي تعمل بها التلسكوبات الأرضية، ولكن ببعض الاختلافات الأساسية بسبب العوامل الفضائية الخاصة. وتعمل تلسكوبات الفضاء على النحو التالي:
1- تلتقط التلسكوبات الفضائية الضوء من الكواكب والنجوم والأجرام الأخرى في الفضاء، وتوجه هذا الضوء إلى المرايا أو العدسات داخل التلسكوب.
2- يعكس المرآة أو تمرر العدسة الضوء إلى مستقبل الصورة الذي يحدد الصورة النهائية.
3- يتم استخدام كاميرات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والإشعاع الكهرومغناطيسي الأخر لالتقاط الأمواج غير المرئية.
4- يتم تحليل ومعالجة بيانات الصورة ، ويتم إرسالها إلى محطات الأرض.
5- يتم تحويل الصورة النهائية إلى صور ثلاثية الأبعاد وغيرها من الأشكال المطلوبة.
6- يقوم فريق من العلماء بتحليل الصورة لتحديد خصائص المراقبة.