Observatoř je určena pro astronomická pozorování ve viditelném a ultrafialovém oboru spektra. Nese Cassegrainův zrcadlový dalekohled v Ritchey-Chrétienově uspořádání o průměru 2400 mm, který postavila firma Perkin-Elmer Corp. (nyní Hughes Danbury Optical Systems, Inc). Je stabilizována systémem silových setrvačníků napojeným na systém hvězdné orientace. Elektrickou energii dodávají dva svinovatelné panely slunečních baterií (2.4 x 12.1 m, 4950 W). Telemetrický systém pracuje v pásmu X (8 GHz) přes družice TDRS. Je vybavena dvěma směrovatelnými parabolickými anténami.

Dalekohled HST byl ve své době nejvýkonějším dalekohledem na světě (protože na oběžné dráze pracoval bez rušivých vlivů atmosféry). Šlo o společný projekt NASA (National Aeronautics and Space Administration) a ESA (European Space Agency). Podpůrná optika umožňovala astronomická pozorování v UV, optickém oboru a blízkém IR oboru (od 115 nm do 1 000 nm). Chyby původního zrcadla byly kompenzovány korekční deskou instalovanou přímo na oběžné dráze v prosinci 1993 posádkou raketoplánu STS-61. Při stejné servisní misi byla na HST také instalována kamera WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2) s rozlišovací schopností 0.05". Další údržba byla provedena při druhé servisní misi k HST v roce 1997 (STS-82). Předčasná třetí servisní mise HST (STS-103) proběhla již koncem roku 1999, protože 13.11.1999 selhal čtvrtý gyroskop a observatoř HST přešla do bezpečnostního módu. Po opravě byl HST znovu uveden do plného provozu v lednu 2000. Čtvrtá údržba se uskutečnila v roce 2002 (STS-109). Poslední (pátá) údržba proběhla v květnu 2009 (STS-125). Životnost HST by tak měla být zajištěna nejméně do roku 2014.

Přístroje

• COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) - do roku 2009
• WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2) - do roku 2009
• STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) - od roku 1997
• NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) - od roku 1997 (od roku 1999 nefunkční)
• ACS (Advanced Camera for Surveys) - od roku 2002
• FOS (Faint Object Spectrograph) - do roku 1997
• GHRS (Goddard High Resolution Spectrograph) - do roku 1997
• FOC (Faint Object Camera) - do roku 2002
• FGS (Fine Guidence Sensors)
• WFC-3 (Wide Field Camera 3) - od roku 2009
• COS (Cosmic Origins Spectrograph) - od roku 2009

Servisní mise

• STS-61 (1993) - instalace korekční desky COSTAR a kamery WFPC2
• STS-82 (1997) - instalace spektrografu STIS místo spektrografu FOS a IR kamery + spektrografu NICMOS místo spektrografu GHRS
• STS-103 (1999) - výměna všech gyroskopů, instalace nového hlavního počítače, nová nabíjecí elektronika, vysílač, FGS, SSR
• STS-109 (2002) - výměna obou solárních panelů a řídicí energetické jednotky PCU (Power Control Unit), místo staré kamery FOC (Faint Object Camera) byla namontována dokonalejší kamera ACS (Advanced Camera for Surveys) a doplněn byl také chladicí systém NCS (NICMOS Cooling System)
• STS-125 (2009) - výměna porouchané jednotky SI C&DH (Science Instrument Command and Data Handling), výměna obou bloků baterií BMU (Battery Module Unit), výměna tří gyroskopů RSU (Rate Sensor Unit), instalace úchopového zařízení SCM (Soft Capture Mechanism), instalace nové kamery WFC-3 (Wide Field Camera 3) [místo starého přístroje Wide-Field Planetary Camera 2], instalace nového spektrografu COS (Cosmic Origins Spectrograph) [místo už nepotřebné korektivní optiky COSTAR], oprava kamery ACS (Advanced Camera for Surveys), oprava spektrografu STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), výměna navigačního senzoru FGS-2 (Fine Guidance Sensor 2) a instalace panelů tepelné izolace NOBL (New Outer Blanket Layers)