Hai vệ tinh đầu tiên được phát hiện, Titania và Oberon, được Ngài William Herschel phát hiện vào ngày 11 tháng 1, 1787, sáu năm sau khi ông phát hiện hành tinh chính. Sau đó, Herschel nghĩ ông đã phát hiện thêm sáu vệ tinh (xem phía dưới) và có lẽ là cả một vành đai. Trong gần 50 năm, dụng cụ của Herschel là thứ duy nhất nhìn thấy các vệ tinh này.[4] Trong những năm 1840, các công cụ tốt hơn và vị trí thuận lợi hơn của Sao Thiên Vương trên bầu trời đã dẫn đến các chỉ dẫn rời rạc về các vệ tinh khác ngoài Titania và Oberon. Cuối cùng, hai vệ tinh tiếp theo, Ariel và Umbriel, đã được phát hiện bởi William Lassell vào năm 1851.[5] Đề án đánh số La Mã cho các vệ tinh Sao Thiên Vương ở trong tình trạng thay đổi liên tục trong một thời gian đáng kể và trong các ấn phẩm vì sự không thống nhất giữa cách đặt tên của Herschel (với Titania và Oberon gọi là Uranus II và IV) và của William Lassell (đôi khi chúng được gọi là I và II).[6] Với sự xác nhận về Ariel và Umbriel, Lassell đánh số các vệ tinh từ I đến IV từ Sao Thiên Vương trở ra, và đây là cách đánh số được xem là chuẩn.[7] Năm 1852, con trai Herschel là John Herschel đã đề xuất tên cho bốn vệ tinh này và vẫn còn được sử dụng đến ngày nay.[8]

Không có thêm một khám phá nào khác trong suốt gần một thế kỉ. Năm 1948, Gerard Kuiper ở Đài thiên văn McDonald đã khám phá ra vệ tinh nhỏ nhất trong số năm vệ tinh lớn hình cầu, Miranda.[9] Nhiều thập kỉ sau, chuyến bay ngang qua của tàu thăm dò không gian Voyager 2 vào tháng 1 năm 1986 dẫn đến sự khám phá thêm 10 vệ tinh vòng trong.[3] Một vệ tinh khác, Perdita, được khám phá năm 1999[10] sau khi nghiên cứu các bức ảnh cũ của Voyager.[11]

Sao Thiên Vương là hành tinh khổng lồ cuối cùng không còn vệ tinh dị hình nào được biết, nhưng từ năm 1997 chín vệ tinh dị hình vòng ngoài ở xa đã được xác định bằng kính thiên văn đặt trên mặt đất.[1] Hai vệ tinh vòng trong khác, Cupid và Mab, đã được khám phá bởi Kính viễn vọng không gian Hubble năm 2003.[12] Margaret là vệ tinh cuối cùng của Sao Thiên Vương được khám phá cho đến năm 2008, các kết quả tìm kiếm của nó được công bố vào tháng Mười 2003.[13]

Vệ tinh giả

Sau khi Herschel phát hiện Titania và Oberon vào 11 tháng 1 năm 1787, ông tin rằng ông đã tìm thấy thêm bốn vệ tinh khác; hai vệ tinh vào ngày 18 tháng 1 và 9 tháng 2, 1790, và hai vệ tinh khác vào ngày 28 tháng 2 và 26 tháng 3, 1794. Do đó trong nhiều thập kỉ, người ta tin rằng Sao Thiên Vương là một hệ thống với sáu vệ tinh, dù bốn vệ tinh sau chưa bao giờ được xác nhận bởi các nhà thiên văn khác. Tuy nhiên, nhờ vào các quan sát của Lassell năm 1851, khi ông phát hiện Ariel và Umbriel, đã phủ nhận các quan sát của Herschel; các vệ tinh Ariel và Umbriel, mà Herschel nhất định phải quan sát thấy chúng nếu ông tìm thấy bất kì vệ tinh nào khác bên cạnh Titania và Oberon, không tương ứng với bất kì đặc điểm quỹ đạo nào trong bốn vệ tinh của Herschel. Bốn vệ tinh giả của Herschel được cho là có chu kỳ quỹ đạo là 5,89 ngày (nằm phía trong Titania), 10,96 ngày (nằm giữa Titania và Oberon), 38,08 và 107,69 ngày (nằm phía ngoài Oberon).[14] Do đó bốn vệ tinh của Herschel được kết luận là giả mạo, có lẽ chúng phát sinh từ sai lầm nhận dạng các ngôi sao nhỏ nằm trong vùng lân cận Sao Thiên Vương như là các vệ tinh, và Lassell được công nhận là người phát hiện ra Ariel và Umbriel.[15]