Ngay từ những năm 1940, người ta đã bắt đầu nung nấu ý định về một chiếc kính viễn vọng không gian nhưng mãi đến cuối những năm 1970 thì đó vẫn chỉ là ý tưởng, đề xuất và nhiều nhất là phác thảo trên bàn giấy. 30 năm đó đã tốn của NASA khoảng ngân sách khổng lồ (gần 1 tỷ đô la) nên họ yêu cầu các đối tác từ châu Âu cung cấp thêm vốn đề tiếp tục dự án. Đáp lại yêu cầu đó, phía cơ quan hàng không vũ trụ châu Âu (ESA) cung cấp cho NASA một số trang thiết bị đầu tiên của Hubble cùng với những tấm pin năng lượng Mặt Trời. Đổi lại, ESA yêu cầu họ phải được dùng Hubble để quan sát trong ít nhất là 15% thời gian.

Tuy nhiên, quá trình chế tạo Hubble cũng không diễn ra một cách suôn sẻ theo kế hoạch của NASA. Thậm chí quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng còn phải hoãn lại vài lần do các vấn đề nảy sinh trong giao kèo. Rồi thì qua bao nỗ lực, cuối cùng vào tháng 4 năm 1990, Hubble đã hoàn thành và chính thức phóng lên quỹ đạo từ Trạm không quân mũi Canaveral, Hoa Kỳ. Tuy nhiên, sau khi lên tới quỹ đạo và chụp được những bức ảnh đầu tiên, các nhà khoa học nhanh chóng nhận ra rằng vì lý do gì đó, tất cả các bức ảnh chụp đều vô cùng mờ nhạt, không giống với những kỳ vọng ban đầu của họ.

Sau thời gian điều tra, cuối cùng họ kết luận rằng thủ phạm chính là khiếm khuyết quang học được biết với tên gọi "cầu sai" (spherical aberration). Đây là hiện tượng các tia sáng đơn sắc song song khi đi xuyên qua thấu kính không được khúc xạ đồng hội tụ tại cùng một điểm khiến cho hình ảnh bị mất nét và độ phân giải. Tiến sĩ Robert Arentz tại tập đoàn hàng không vũ trụ Ball Aerospace giải thích: "Nguyên nhân là do các rìa bên ngoài của gương quá phẳng, độ lõm của nó chỉ có 4 micron, ít hơn cả độ dày của một sợi tóc."

Ball Aerospace là hãng cung cấp hầu hết các thiết bị cho Hubble và sau đó, họ chế tạo ra Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) - bộ gương có thể chuyển động nhằm khắc phục hiện tượng cầu sai của Hubble. Một điều may mắn nữa là người ta đã tính trước đến trường hợp này, Hubble được thiết kế để các phi hành gia có thể sửa chữa và nâng cấp nó ngay trên quỹ đạo. Và nó cũng là chiếc kính viễn vọng không gian duy nhất có thể làm được điều này. Vào tháng 12 năm 1993, các phi hành gia đã tiếp cận và gắn COSTAR vào cho Hubble.

Quá trình đưa COSTAR lên quỹ đạo cũng không phải là điều đơn giản, giám đốc cao cấp tại Ball Aerospace John Troeltzsch hồi tưởng lại rằng "bạn phải đóng gói nó một cách an toàn trong chiếc hộp kích cỡ tương đương một chiếc điện thoại và chịu được áp lực khi phóng lên bằng tàu con thoi. Tiếp theo đó, các phi hành gia phải đi bộ ngoài không gian, dùng cánh tay robot để lắp COSTAR vào đúng vị trí với độ chính xác lên tới 1/10 mm."

Từ sau khi lắp COSTAR, Hubble đã khắc phục được tình trạng cầu sai và bắt đầu cho hình ảnh rõ nét hơn. Sau thời gian phục vụ, cuối cùng COSTAR đã được tháo xuống sau sứ mạng thứ 15 và cũng là cuối cùng của Hubble hồi năm 2009. Các thiết bị hiện tại mà Hubble đang sử dụng đều đi kèm với bộ COSTAR tích hợp sẵn bên trong, không cần phải gắn thêm vào nữa. Cũng trong năm 2009 này, người ta cũng tiến hành lắp Wide Field 3 cho Hubble - một camera có độ phân giải và góc rộng hơn so với các thế hệ trước đây. Bên trên đây là 2 phiên bản của hình ảnh cực kỳ nổi tiếng do Hubble từng chụp lại được Pillars of Creation (cột trụ của tạo hóa), bức bên trái chụp năm 2015 bởi camera Wide Field 3 và bên phải là chụp bằng camera cũ hồi năm 1995.