在天文學(xué)方面,牛頓可以稱為近代偉大天文學(xué)家.他的杰出貢獻(xiàn)是制作了反射式望遠(yuǎn)鏡,反射式望遠(yuǎn)鏡的制造成功,是天文學(xué)史上的一項重大革新.自伽利略發(fā)明第一架天文望遠(yuǎn)鏡以來,人們對于宇宙的認(rèn)識范圍迅速擴展,但是當(dāng)時流行的伽利略、開普勒等人發(fā)明和制造的折射望遠(yuǎn)鏡,口徑有限,制造大型望遠(yuǎn)鏡不但困難,而且太龐大,同時折射望遠(yuǎn)鏡的折射色差和球差都很大,這些大大限制了天文觀測的范圍.牛頓由于了解了白光的組成,因而于1668年設(shè)計制成了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡.這種望遠(yuǎn)鏡能反射較廣光譜范圍的光而無色差,容易獲得較大的口徑,同時對球差也有校正.這樣牛頓為現(xiàn)代大型天文望遠(yuǎn)鏡的制造奠定了基礎(chǔ).
牛頓在天文學(xué)上的另一重要貢獻(xiàn)是對行星的運動規(guī)律進(jìn)行了全面考察,特別是對開普勒等人的學(xué)說進(jìn)行過系統(tǒng)的研究.1686年他在給哈雷的信中說明了天體可以按照質(zhì)點處理并證明了開普勒的行星運動的橢圓形軌道以及彗星的拋物線軌道.牛頓還進(jìn)一步發(fā)展了自己的理論,認(rèn)為行星都由于自轉(zhuǎn)而使兩極扁平赤道突出,還預(yù)言地球也是這樣的球體.由于地球不是正球體,牛頓就指出,太陽和月球的引力攝動將不會通過地球中心,因此地軸將作一緩慢的圓錐運動,這便出現(xiàn)了二分點的歲差現(xiàn)象.對于潮汐現(xiàn)象,牛頓也作出了解釋,他認(rèn)為這是太陽和月球引力造成的.