赫歇耳出生于当时英王乔治二世统治下的德国汉诺威。1757年，他为逃避被拉去汉诺威充军而迁入英国，先在英国的利兹、后在巴思当音乐教师。但他对数学和光学很感兴趣，渴望自己拥有一架望远镜观测宇宙。由于他经济窘困，没有钱买这昂贵的仪器，便先购得透镜，把它装到老式的镜筒中去，结果效果不好。租用别人的反射望远镜，效果也不满意。于是，他除了自己制造望远镜外，别无出路。
1772年，赫歇耳把他妹妹卡罗琳从汉诺威接来，自己则专心致志地磨镜。据他妹妹说，有一次他一口气磨了16小时，由她喂他吃饭。他还试用铜、锡合金等磨制反光镜，比牛顿制作的合金性能要好。
1774年，他制造出了自己的第一架反射望远镜。这台铜、锡合金反射镜直径15厘米，可放大40倍。他用这架望远镜，看见了猎户座大星云，看到了土星的光环。第一次获得的成功，使赫歇耳决心再制造一架更大更好的反射望远镜。
他磨了一块直径22.5厘米的反射镜，将它装入3米长的镜筒中，性能效果很好。接着，他又制造了一块直径45厘米的反射镜，将它装入长6米的镜筒里，功夫不负有心人，他又获得了成功。
赫歇耳用自己制造的反射望远镜，系统地观测了一个又一个天体，新的发现层出不穷。他观察了月球上的山脉、太阳的黑子、恒星亮度的周期性，火星的极冠等，并分别写出了若干篇论文。他第一个注意到火星轴的倾斜角度与地球相似，断定火星的四季变化与地球是相似的。
1781年3月13日，赫歇耳用很小但很出色的仪器，偶尔发现了一个天体。这是一颗距离太阳28亿千米以上的行星，使太阳系的宽度比前预测的增加了两倍，这在当时是个很了不起的发现。有些天文学家提议将这个新天体命名为“赫歇耳”，以表示对发现者的敬意。但素来新天体是以神话中的神名来命名的，因此，它最终被命名为“乌刺诺斯”（即天王星）。
天王星的发现，轰动了全世界。英国皇家学会立即推选赫歇耳为皇家学会会员（最显赫的学术荣誉），并颁发了科普利奖金。赫歇耳从此成为一个著名的天文学家。1788年，他娶了一个有钱的寡妇为妻，这对他的生活和事业帮了不少忙。
赫歇耳对天王星的发现，对学术界的震撼持续不断，直到25年后仍余波未散。英国诗人约翰·基茨在他的书中写道：“于是我感到像一个天空的守望者，正看见一颗新行星游进了自己的视野。”
很高的声誉一直激励着赫歇耳。1786年，赫歇耳决定制造一架口径为122厘米的望远镜，装入12.2米长的镜筒里。英王乔治三世慷慨解囊，拿出2 000英镑资助制造这架庞大的仪器。在赫歇耳的指挥下，40个工人参加制作，终于于1789年把这架巨大的望远镜竖立起来了。它像一尊大炮那样对准天空，赫歇耳亲自爬入镜筒里去，寻找目镜和物镜的焦点，坐在镜筒里进行操作。
但是，这架口径122厘米的反射望远镜比较笨拙，需要赫歇耳与两位助手一起转动才能操作，青铜反射镜又易受腐蚀，需要经常抛光、擦拭才能保持镜子的亮度和反射能力。
赫歇耳制造的这架反射望远镜，被称为“赫歇耳式反射望远镜”。他改变了牛顿的设计，使主镜倾斜，观察者可以倚在筒口边俯视物像。由于省去了副镜，这就减少了磨镜的工作量，但必须安放在地势很高的位置上进行观察，因此观测者必须忍受冬夜的严寒和冒着被摔下来的危险。
在赫歇耳看来，对于他制造的望远镜，最为满意的是那架5l厘米的反射望远镜。后来，他用那架望远镜于1787年还发现了天王星的两颗卫星。
1822年，83岁高龄的赫歇耳与世长辞了。在他去世后，他的儿子约翰·赫歇耳继续举起他父亲制造的反射望远镜，探索太空的奥秘。1834年，小赫歇耳带着那架他父亲制作的口径为61厘米的反射望远镜到了南非好望角，在那里工作了4年。他继承和发扬了父亲的科学精神，将南天扫视了一遍，研究和描述了将近2 000颗双星和2 000个星云。
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