تواجه التلسكوبات الفضائية العديد من التحديات في دراسة الفضاء البعيد، من بينها:
1- الضوء الذي يأتي من الفضاء البعيد قد يكون ضعيفاً جداً، مما يستلزم إستخدام التلسكوبات ذات القدرات العالية لجمع المزيد من الضوء.
2- تأثير الضوء الخافت في تشويش الإشارة وتقليل الدقة والوضوح في الصور.
3- تاثر تلك الأشعة بالتجاويف الكونية الكبرى التي تؤدي إلى انحناء وتشويش مسار الضوء الواصل من الفضاء البعيد.
4- تأثر عمل التلسكوبات الفضائية بالأشعة الكونية والإشعاع الشمسي والتداخل الإلكتروني والضجيج .
5- تتطلب تصوير الفضاء البعيد فترة زمنية طويلة جداً، والتي تزيد من إحتمالية حدوث خطأ في الصورة.
6- الضوضاء المنبعثة من التلسكوبات الأرضية، والتي يجب محاولة تقليلها عند العمل على تصوير الفضاء البعيد.