伽利略望远镜的结构与开普勒截然不同，它由一个凸透镜（物镜）和一个凹透镜（目镜）构成。光线经过物镜折射后，形成的实像位于目镜后方焦点处，这个实像对目镜而言是虚像，最终经目镜折射形成放大的正立虚像。因此，伽利略望远镜的最大优点是结构简单，且能直接成正像，无需额外的转像装置。
伽利略望远镜与开普勒望远镜有什么区别？
除了棱镜正像，还有透镜正像系统。它利用一组复杂的透镜将图像倒转，虽然成本较高，但性能优良。这种结构因为两透镜间存在实像，方便安装分划板（位于目镜焦平面），且成像质量高，因此被广泛应用于军用望远镜、小型天文望远镜等专业级设备中。相比之下，俄罗斯20×50三节伸缩古典型单筒望远镜就采用了设计精良的透镜正像系统。
为了解决开普勒望远镜成像倒立的问题，许多应用其设计的设备中增加了转像系统。例如，多数双筒望远镜会在光路中加入转像稜镜系统，以呈现正立的像。正像系统主要分两类：棱镜系统和透镜系统。常见的前宽后窄的双筒望远镜采用双直角棱镜，这不仅正像，还通过折叠光轴大幅减小了体积和重量，非常便携。
在外观和使用上，伽利略望远镜镜筒较短，视野较小。如果将两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列，中间用螺栓钮连接以便同时调节清晰度，这种装置被称为“观剧镜”。因为它携带方便，常用来观看舞台表演等。伽利略发明的这种望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位，虽然它存在明亮物体周围产生“假色”的缺点，但仍是光学史上的里程碑。
开普勒望远镜属于折射式望远镜的一种，其核心结构由两个凸透镜组成，即物镜和目镜均为凸透镜。这种设计最早由德国科学家开普勒在1611年发明。由于光学原理的限制，开普勒式望远镜所成的像是上下左右完全颠倒的。不过，它的优势在于视场可以设计得比较大，且几乎所有的折射式天文望远镜都采用这种光学系统。
实际上，普通人可以用极低的费用自制一台伽利略式望远镜。只需从文化用品商店购买一块直径和焦距较大的眼镜片作为物镜，再买一块焦距和直径较小的透镜作为目镜。用胶水和小槽将这两块镜片固定在硬纸筒内，并制作一个简单台座，就能做成望远镜。它能让你看到月球上的群山、银河中的繁星甚至木星卫星，但切记不可直视太阳以防灼伤眼睛。