توجد العديد من التحديات التي يواجهها علماء الفلك والمهندسون عند استخدام التلسكوبات الفضائية في البحث الفلكي، ومن أهمها:
1- تصميم وإنتاج التلسكوب الفضائي نفسه، والذي يتطلب تقنيات ومواد خاصة لتحمل الظروف الصعبة في الفضاء.
2- التحكم والتوجيه للتلسكوب الفضائي، والذي يجب أن يتم بشكل دقيق نظراً لعدم وجود جاذبية وضغط هواء في الفضاء.
3- التحليل والتفسير للبيانات التي يتم جمعها عن طريق التلسكوب الفضائي، والتي يمكن أن تكون في بعض الأحيان صعبة جداً للفهم والتفسير.
4- الصيانة والاستبدال للتلسكوب الفضائي، حيث أنه لا يمكن الوصول إليه بسهولة لإجراء الصيانة أو الإصلاح، ويمكن أن تكون التكاليف باهظة جداً.
5- التأثيرات الضارة للإشعاع والجسيمات الكونية على التلسكوب، والتي قد تؤثر على جودة الصور والقياسات المستخرجة منه.
6- تغيرات الظروف الجوية في الفضاء، مثل الأشعة الشمسية والتيارات الكهربائية والمغناطيسية، والتي يجب تحديدها ودراستها بعناية لتفادي الأخطاء في البيانات المستخرجة.