Телескоп імені Хаббл постійно знаходиться на орбіті Землі і вже тільки тому має перед наземними аналогами три переваги: на якість зображення не впливає атмосфера, завдяки меншій розсіюванню світла можна побачити далеко розташовані об'єкти і діапазон електромагнітних хвиль від інфрачервоних до ультрафіолетових. Всі ці переваги використовуються повною мірою завдяки складної конструкції телескопа Хаббл.
Головне дзеркало телескопа має діаметр 2,4 м, а вторинне - 0,34 м. Відстань між ними строго вивірено і становить 4,9 м. Оптична система дозволяє збирати світло в пучок діаметром 0,05 дюймів (навіть у найкращих телескопів на Землі гурток розсіювання більше 0,5 дюймів). Роздільна здатність телескопа Хаббл в 7-10 разів більше, ніж у аналогів на Землі.
При такій експозиції необхідна дуже високий ступінь стабілізації і точності наведення на об'єкт. Саме це склало головну складність при проектуванні - в результаті складна комбінація датчиків, гіроскопів і зоряних гідів дозволяє утримувати фокус в межах 0,007 дюймів тривалий час (точність наведення при цьому не менше 0,01 дюйма).
На борту встановлено шість основних наукових приладів, що є останніми досягненнями наукової думки на момент запуску шаттла. Це спектрограф високого дозволу Годдарда для роботи в ультрафіолетовому діапазоні, камера і спектрограф для зйомки тьмяних об'єктів, планетарна та широкоугольная камери, високошвидкісний фотометр для спостережень за об'єктами з мінливих яскравістю і датчики точного наведення.
Щоб система була самодостатньою і не потребувала джерелах живлення, телескоп забезпечений потужними сонячними батареями, які, в свою чергу, заряджають шість воднево-нікелевих акумулятора. Всі комп'ютери, акумуляторні батареї, телеметричні та інші системи розташовуються так, щоб їх можна було без проблем замінити в разі необхідності.