기구 ·로켓 ·인공위성 등의 비행체에 탑재해서 대기권으로부터 X선 천체의 위치를 결정하고, 크기·형태 등을 측정하는 장치이다.

X선 망원경은 비행체에 탑재해서 대기권 밖의 광원에서 나오는 X선을 검출, 분해하기 위해 고안된 장치이다.

0.01~10㎚ 파장대역의 전자기파를 X선이라고 하는데, X선은 지구 대기에서 흡수되기 때문에 X선 망원경은 로켓이나 위성을 이용해서 대기 밖에서 관측해야 한다. 또한 X선과 같은 극초단파 전자기파는 렌즈를 그냥 투과해 버리기 때문에 X선을 초점에 모으기 위해 볼터 망원경이라는 특별한 디자인이 고안되었다.

현대의 X선 우주 망원경으로는 NASA의 천문 위성인 찬드라 X선 망원경, 유럽우주기구(ESA)의 천문 위성인 XMM-뉴턴 망원경 등이 있다.