تقوم التلسكوبات الفضائية بمهام عديدة، منها:
1- دراسة الكواكب والنجوم والمجرات وتحليل تركيبها وخصائصها.
2- رصد الأجسام الفضائية وتتبع حركتها ودراستها، مثل المذنبات والأقمار والنيازك.
3- دراسة أشعة الضوء والإشعاعات الكونية وتحليلها، والبحث عن الأدلة على وجود الحياة خارج الأرض.
4- دراسة الكون البعيد ورصد المجرات البعيدة والفراغ الكوني، وتحليل سلوك الكون وتطوره في الماضي والحاضر والمستقبل.
5- رصد الأحداث الكونية النادرة والمهمة، مثل اندماج النجوم والثقوب السوداء والانفجارات القوية.
6- التحقق من النظريات الفيزيائية والكونية والبحث عن مزيد من الأدلة الداعمة لهذه النظريات.