2013年12月2日发射的“嫦娥三号”结合了月球软着陆就位探测和月面巡视探测的各自特色，提出了具有鲜明特色的科学目标：“观天、探地、测月”。其中观天的科学目标由安装在着陆器上的月基天文望远镜完成观测星空的任务。
月基望远镜由中国科学院国家天文台与中国科学院西安光学精密机械研究所合作研制，它将对各种天文变源的亮度变化行为进行长时间连续监测，然后拍照把数据传回地球，就是“巡天”。在月亮上观测天文是世界上很多天文学家梦寐以求的事情之一，地球上的天文观测要受到地球大气各种效应和地球运动的影响，其观测条件、观测精度和观测对象有许多限制，往往无法满足现代天文观测的要求。而月基望远镜观测星空却有着特殊的优势。
首先，月球上没有空气，也不会有风，表面环境处于超高真空状态，因而在那里进行天文观测就不会受到大气折射、散射和吸收的影响。月球的自转周期长达27天，其中13.5天是白天，13.5天是黑夜，而即使是白天月球上的星空也是黑暗的，可以进行长时间的连续观测。这就使得我们能够观测到望远镜视野所及的全部天空，并对很暗的天体进行充分长时间的观测，使天文学家能够获得更清晰视野。月球没有大气，不存在大气对某些电磁波谱段的吸收，因此月基望远镜可以接收到来自遥远星空的信号，有望实现全波段天文观测。
其次，月球是一个地基非常稳定的观测平台。登月探测表明，月震放出的能量比地球上平均地震能量小一亿倍，月震产生的月面移动约十亿分之一米。这样的稳定性对于天文光学、射电、红外观测是极为有利的。由于月球可为望远镜提供一个巨大稳固的观测平台，因而可采用结构简单、造价低廉的安装、指向和跟踪系统，这一点是处于失重状态的天文卫星所望尘莫及的。月球表面的重力只有地球表面的重力的六分之一，也有利于在月球表面安装天文台和大望远镜。
再则，由于月球远离地球，它所受到的人类活动影响和地球本身的各种运动的影响远比人造卫星小得多。一方面，月球上没有城市灯光污染，属于天文学家梦寐以求的漆黑天空；另一方面，由于月球的自转周期和它绕地球的公转周期恰好相等，因此它总是以一面对着地球，月球背向地球的一面上也就不会有手机、电视等无线电信号的干扰。如果我们把天文望远镜，特别是射电望远镜放到背向地球的那一边，那里纯净的电磁环境对射电观测极为有利。除此之外，月球南北极的有些撞击坑处于太阳照射不到的永久黑夜区，温度常年维持在零下230摄氏度左右，非常有利于开展需要在极低温条件下才能实现的红外天文观测。
1972年，“阿波罗16号”宇航员曾在月面安装过一台口径为3英寸（约76亳米）的施密特望远镜，终端仪器是远紫外相机／摄谱仪，用来观测地球、星云、星团和大麦哲伦星系。整个系统安放在一个简易的三角架上并置于登月舱的影子里，以避免白天过热。受当时探测手段和技术条件限制，这台仪器对天文学做出的贡献非常有限。但在月面上拍摄的大麦哲伦星系的照片也完全证实了天文学家推断的 月球表面是进行天文观测的理想场所。
此次中国随嫦娥三号探测器登月的月基望远镜，焦距200亳米，主要用于极紫外的天文观测，其探测手段和性能都有极大的提高。月基天文望远镜由望远镜主体、反射镜转台组成，总重量13.5公斤。
通过将月基光学望远镜由直立安装改为横卧安装后，可以大幅度提高观测天区，实现60 90 的天区观测，能较好地实现科学目标；在月面工作期间，太阳不可能处于月基光学望远镜视场内。
着陆之后月基光学望远镜在月昼期间工作，月夜不工作。主要功能包括：能观测V星等亮于6等的天体；具有对指定天区的定向指向能力。
月基光学望远镜可适应月面反射光、月球尘埃、月昼高温、月夜低温等环境影响。能够适应着陆器发射段、地月转移段、环月段、动力下降段、着陆冲击时和月表工作时的机、电、热环境；具有一定的防尘措施；曝光时间可调。
当然，月基天文观测也不是没有缺点的。地球上，由于大气的存在好像给地球上空加了一个防护罩，一般的小流星进入地球大气后，由于高速运动与大气间的摩擦所生之热将流星烧蚀。而月球上没有这种“防护罩”，遭到各种流星撞击的几率大大增加。另外，地球磁场可以屏蔽大量带电的高能宇宙射线和太阳风，而月球由于缺失磁场，望远镜的光学和电子学部件受到高能粒子破坏的概率也相应增加。为此，还必须给各类设备加上特殊的“保护罩”，才能保证月基望远镜的正常观测工作。