月基光学望远镜是以月球为依托点的光学望远镜，由望远镜主体和反射镜二维转台两部分组成，重达10多公斤。转台搭载反射镜实现二维转动，是在紫外波段工作的，使得指定空域的目标在望远镜主体中成像，可以实现对同一目标的长期连续观测，也可以扫视深空实现对不同天区的观测。望远镜包括平面反射镜、主镜、付镜、镜筒等几部分，采用封闭圆筒形结构，这种结构有利于控制杂散光。望远镜主镜的有效口径为300mm，并采用轻量化处理。

月基光学天文望远镜由长焦距望远镜、探测器、望远镜支架、控制系统和附属设备五部分组成。光学望远镜采用Ritchey-Chretien反射式（简称R-C）系统。光学设计的过程中能够充分考虑尽量消除来自太阳、地球及其他天体的杂散光的影响。

望远镜的自动跟踪和自动指向通过望远镜支架的双轴转动实现，自动跟踪的角速度等于月球的自转角速度。

月基光学望远镜之所以能在月球发挥优势，一是月球自转比地球缓慢，月球自转一周需要27天多，长时间自转就可实现对一个目标长达300多小时的持续跟踪。二是月球表面没有大气干扰，月基光学望远镜在近紫外波段工作，地球上无法实现次波段的深空观测。

月基光学望远镜作为着陆器的有效载荷之一，承担月基光学天文观测的科学任务。嫦娥三号探测器携带月基光学望远镜着陆月球，是人类首次实现依托地外天体平台开展自主天文观测。

工作过程中望远镜支架的两个轴需带动望远镜一起转动，为了减小跟踪平台的重量和合理利用着陆器空间，又能在大范围内对太空目标进行跟踪，月基天文望远镜的俯仰轴垂直于着陆器的侧面，其转动部分固联在着陆器的侧面，方位轴采用旋转反射镜方式，将平面反射镜放在望远镜的镜筒前端，并与望远镜光轴成45°安装，使反射光线能够进入望远镜光学系统，通过转动望远镜镜筒使得反射镜实现对空间的扫描。方位轴系固定环与俯仰轴相固联，保证方位轴与俯仰轴在同一平面内且相互垂直。

月基光学望远镜，是在紫外波段工作，月基光学望远镜和地球上的望远镜同步工作，地球上能得到这个波段的数据，月球上能得到另外一个波段的数据，这个就可以得到星体从短波到长波观测数据，对科研是非常有意义的。

2013年12月16日上午9点多，嫦娥三号探测器带上月球的人类首台月基光学望远镜开机工作，状况良好。