18世纪最伟大的天文观测家当推弗里德里希·威廉·赫舍尔。他1738年11月15日生于德国的汉诺威。父亲是汉诺威军队里一名双簧管吹奏手。赫舍尔刚满14岁就继承父业当了一名军乐师。成年之后，他不愿当兵，便来到了英国，一直靠音乐谋生，先是当乐队指挥。1766年，他成了巴斯城八角小教堂里的风琴手。他靠教授音乐获取了丰厚的报酬。
衣食无忧之后，赫舍尔对天文学产生了兴趣。一开始他读了一本光学书籍，决定按书上所说自己做一架望远镜。他买不起昂贵的镜片，便自己动手磨制。经过反复试验，终于造出了一架比较满意的望远镜。1772年，他回到汉诺威，将他的妹妹卡罗琳·赫舍尔接到了英国。卡罗琳也是一位天文爱好者，后来协助其兄长做出了许多伟大的发现，是历史上第一个女天文学家。兄妹两人一起亲自动手磨制镜片、改进望远镜，终于在1774年造出了当时最好的反射望远镜。据说，在那些漫长而又枯燥无味的工艺制作过程中，兄妹俩互相鼓励、互相帮助。赫舍尔磨镜片的时候，卡罗琳就在旁边给他读书，有时甚至喂他饭吃，因为他双手腾不出空来。
有了最好的望远镜，赫舍尔决定系统地观测整个天空里的每一样东西。像当时所有的天文观测者一样，他最先想做的工作是发现恒星的周年视差。伽利略曾经提出过一个观测周年视差的方案，即特别观测那些成对的恒星之间位置的变化。这些成对的恒星亮度不同但又挨得很近，表明它们与地球的距离不同，但几乎处于同一条视线，因而很适合观察它们相对位置的变化。赫舍尔对伽利略这个方案印象很深，决定实施。正当他寻找星对，以便观察周年视差时，无意中做出了另一个伟大的发现。
那是在1781年3月13日，正当赫舍尔用望远镜在金牛座搜寻恒星时，一颗“星云状恒星或者彗星”显出了圆面。很显然，它不可能是一颗遥远的恒星，因为没有任何一颗恒星能在望远镜里显出圆面。在望远镜里，恒星只可能增大亮度。过了几天，这颗星相对于周围恒星出现移动，这就说明它是太阳系里的天体。赫舍尔起初认为它是一颗彗星，并做了报道。但后来发现，它像行星那样有明朗的边缘，而且进一步观测表明，它的运行轨道像其他行星一样近似一个圆。最后，赫舍尔终于确认并宣布，它是土星轨道之外、太阳系内的又一颗行星。
这是人类有史以来第一次发现新的行星。其实，这颗新行星从前也被人们看到过，但都被误认为是恒星或者彗星而受到忽视。只有赫舍尔的望远镜才将之显出一个圆面，证实了它的真实身份。
新行星的命名是一个大事。赫舍尔本人想依照当时的英国国王乔治三世的姓氏命名为“乔治星”，还有人提议命名为“赫舍尔星”。最后大家一致同意继承前面五大行星的命名传统，即用希腊神话中神的名字来命名。天文学家波德建议用萨都恩神（Saturn，土星以此命名）的父亲、天神乌兰纳斯（Uranus）来命名新行星，得到了大家的公认，中文译为天王星。
顺便值得一提的是，时任柏林天文台台长的波德此前于1772年公布了一条有趣的定律。他发现，太阳系每颗行星与太阳的距离有一定的规律性。先由近到远排序，得到每个行星的序号n=1（水星），2（金星），3（地球），4（火星）……那么，行星的轨道半径R可以由下列经验公式得出：R=0.3×2+0.4（天文单位）。这个公式只有两个例外。第一个例外是水星的第一项必须为0，第二个例外是火星之后的木星不能取5只能取6，自然，土星要取7。波德一直倾向于相信，在火星和木星之间一定还有一颗行星，其轨道半径按照上述经验公式推算当是2.8个天文单位。波德公式刚提出来的时候，人们兴趣不是特别大。可等到天王星被发现后，人们发现波德公式居然也适用于它。于是波德公式声名远扬。不久，天文学家发现了火星和木星之间有许多小行星，填充了n=5的位置。但波德公式到了海王星发现之后，就不太灵了，至于后来的冥王星就差得太多了。波德公式究竟是巧合还是某种深层规律的体现，折磨了无数的天文学家。今天的天文学家倾向于相信，波德公式确实可以用天体力学来解释：“行星在数十亿年以上的相互摄动中只会留下少数的稳定轨道”，但可以想象这个十分困难的数学问题尚未得到解决。
天王星的发现引起了极大的轰动，赫舍尔也因此而声名大振。发现天王星当年，皇家学会接纳他为会员，并颁发科普利奖章。次年，英王乔治三世亲自接见，并封他为国王私人天文学家，发年俸200镑，让他专门从事天文学研究。赫舍尔遂由巴斯迁往达奇特，1786年定居于白金汉郡的斯劳，开始了职业天文学家的生涯。
赫舍尔继续观测并记录双星。1782年，他发表了带有227对双星的星表。1784年，双星增加到434对。1821年，又增添了145对双星。双星发现得越来越多，就是没有发现周年视差。但也有意外的收获，赫舍尔发现，有些双星未必只是看起来成双，其实就是成双的。它们之间有相互的绕动。这种绕动再一次证实了万有引力定律在宇宙空间也是成立的，因为根据引力定律，相互吸引的天体必定做绕公共质心的旋转运动。
赫舍尔的另一个重大贡献是恒星计数。他有计划、不厌其烦地将他的望远镜对准天空的每一部分，并记下这一部分恒星的数目。他本人亲自探测了1083个天区，计数了11万多颗恒星。1834年至1837年，他的儿子约翰·赫舍尔把他父亲的观测扩展到了南半球天空，又探测了2299个天区，计数了约70万颗恒星。通过恒星计数，赫舍尔推测银河系是一个扁平状的圆盘，太阳系可能处在银河系中心附近的地方。后来发现，太阳系其实不在银河系的中心。在此之前，英国天文学家托马斯·赖特、德国物理学家朗贝尔和德国哲学家康德均提出过银河系的空间构形的设想。
赫舍尔在搜寻天空时，还开创了对星团和星云的研究。在计数中，他发现，有些区域中恒星的密度明显高于其他天区，这意味着该地区的恒星有成团现象。在他的高倍率望远镜下，从前被认为是星云的天体，现在显示成一群恒星。但他也认识到，有些星云是不可分解的。
1783年，赫舍尔分析了7颗恒星的固有运动，推测太阳正向武仙座方向奔行。之后，在更多观测事实的支持下这一推测得以确认。太阳自行的发现，破除了太阳是宇宙固定不变的中心的观念。
赫舍尔的天文观测主要得益于他自制的望远镜。他一辈子都没有停止过改进和制造新的望远镜。在成为乔治三世的宫廷天文学家之后，他还制造并出售望远镜以补充家用。迁居斯劳不久，赫舍尔计划建造一台大型的反射望远镜。乔治三世为此捐了4000英镑。在10个助手的协助下，赫舍尔花了4年建成了一台长40英尺、口径达48英寸的巨型望远镜。赫舍尔用这台望远镜发现了土星的两颗卫星：土卫一和土卫二。可惜的是，这台大型望远镜使用效果不佳，自重使反射镜严重变形。赫舍尔大部分观测工作是在一台长20英尺的反射望远镜里做出的。
赫舍尔于1788年结婚，太太原是一位富有的寡妇。1792年，他们的儿子约翰·赫舍尔出世，后来也是英国著名的天文学家。1821年，赫舍尔与儿子一起创建了英国皇家天文学会，并成为第一任会长。1822年8月25日，赫舍尔在斯劳逝世，终年84岁。有趣的是，赫舍尔所发现的天王星的公转周期也是84年。
