Ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο είναι αυτό που εξετάζει την υπέρυθρη ακτινοβολία (IR) που εκπέμπεται από αστρονομικά σώματα. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ του ορατού φωτός και των μικροκυμάτων. Αυτό το τμήμα του φάσματος μπορεί χονδρικά να διαιρεθεί στα μικρότερα μήκη κύματος κοντά στο IR και στα μεγαλύτερα μακριά μήκη κύματος. Τα παραδοσιακά οπτικά τηλεσκόπια είναι ικανά να κάνουν παρατηρήσεις στην περιοχή εγγύς IR. Τα ειδικά σχεδιασμένα υπέρυθρα τηλεσκόπια χρησιμοποιούνται συνήθως για την παρατήρηση στα μακριά μήκη κύματος IR.
Υπάρχουν τρεις γενικοί τύποι τηλεσκοπίων υπερύθρων, που διαφοροποιούνται ανάλογα με το πού αναπτύσσονται. Τα υπέρυθρα τηλεσκόπια με βάση τη γη βρίσκονται σε μεγάλο υψόμετρο σε ξηρά κλίματα. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι λιγότερο ενεργητική από το ορατό φως και υπόκειται ιδιαίτερα στην απορρόφηση από τους ατμοσφαιρικούς υδρατμούς. Μικρή ακτινοβολία μακρινής υπερύθρων περνάει μέσα από την ατμόσφαιρα. Το τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell (JCMT) είναι ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε στο Παρατηρητήριο Mauna Kea στη Χαβάη σε υψόμετρο 13,425 πόδια (4092 μέτρα).
Τα αερομεταφερόμενα υπέρυθρα τηλεσκόπια υψώνονται πάνω από μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας της γης. Αρχικά, μεταφέρονταν ψηλά με μπαλόνι. Οι τρέχουσες εκδόσεις είναι εξοπλισμένες εντός των αμαξωμάτων των αεριωθούμενων αεροσκαφών. Το Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) είναι ενσωματωμένο στο σώμα ενός Boeing 747. Αυτή η συσκευή διαθέτει έναν πρωτεύοντα καθρέφτη 9ft (2.7 m).
Η ανάπτυξη υπέρυθρων τηλεσκοπίων στο διάστημα εξαλείφει το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής απορρόφησης. Ο υπέρυθρος αστρονομικός δορυφόρος (IRAS) ήταν το πρώτο διαστημικό τηλεσκόπιο που εξέτασε τον ουρανό σε υπέρυθρα μήκη κύματος. Ένα πιο πρόσφατο διαστημικό τηλεσκόπιο υπερύθρων ήταν το Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Εκτοξεύτηκε το 2009 και παρέμεινε σε λειτουργία μέχρι το 2011. Τα τηλεσκόπια υπερύθρων που βασίζονται στο διάστημα έχουν συνήθως μικρή διάρκεια ζωής επειδή τα απαιτούμενα ψυκτικά υγρά εξαντλούνται γρήγορα.
Στην καρδιά καθενός από αυτά τα συστήματα βρίσκεται ένας αστρονομικός καθρέφτης που χρησιμοποιείται για τη συλλογή της ακτινοβολίας και την ανάκλασή της σε ένα σημείο παρατήρησης. Διάφορα όργανα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην παρατήρηση, τα πιο συνηθισμένα είναι μια κάμερα υπερύθρων και ανιχνευτές υπέρυθρων στερεάς κατάστασης. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στο σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός τηλεσκοπίου υπερύθρων είναι το πρόβλημα ψύξης. Τα όργανα πρέπει να ψύχονται σε μερικούς βαθμούς απόλυτο μηδέν. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η ακτινοβολία από το ίδιο το τηλεσκόπιο παρεμποδίζει την παρατήρηση.
Ο σκοπός της μακρινής παρατήρησης IR είναι να αποκαλύψει αυτό που δεν μπορεί να φανεί στο ορατό φως. Σύννεφα σκόνης και αερίου στους δικούς μας και γειτονικούς γαλαξίες εκπέμπουν ακτινοβολία μακράς ακτινοβολίας υπερύθρων. Τα αστρικά φυτώρια μπορούν να ανιχνευθούν από τη θερμότητα των πρωτοαστέρων που συστέλλονται πριν αρχίσουν να εκπέμπουν ορατό φως. Τα υπέρυθρα τηλεσκόπια επεκτείνουν την όρασή μας πέρα από τα ορατά μήκη κύματος, όπως τα ραδιοτηλεσκόπια την επεκτείνουν πέρα από το υπέρυθρο.