伽利略·伽利莱
在伽利略自制望远镜之前，英国数学家、探险家托马斯·哈里奥特已经用“窥视镜”来观测月球了。根据他的报告，哈里奥特注意到在月亏处有“奇怪的斑点”，但是并不能解释现象的原因。由于接受了艺术熏陶和对明暗绘画法的了解，伽利略意识到这些光斑与阴影组合实际上是一些月球的地形结构。虽然伽利略不是第一个通过望远镜观测月球的人，但却是第一个将其解释为光在月球山与环形山所留下的阴影。在他的研究中，伽利略绘制了月球的地形图表，估测这些山峰的高度。月球由此不再是之前如亚里士多德所认为的半透明的、完美的球体，也不是但丁所描述的第一个“行星”，一个“永恒的珍珠，壮丽地直升入天堂般的苍穹”了。
月球表面
总的来说，月球表面形成的主要地质过程是天体撞击与火山作用，即小型宇宙天体物质（小行星、彗星、流星等）冲击、熔岩喷发，以及其他塑造月球表面形态的因素如剧烈的温度变化、太阳风的不断冲击等。 月面学是月球地质学的分支学科，专门研究月球表面及物理特征的学科。1603年威廉·吉尔伯特依据肉眼观察绘制了首幅月球图。1750年，约翰·迈耶创建了首个可靠的月球坐标系。1959年，苏联的月球3号发回了首张月球背面的照片。克莱门汀号飞船获得第一张月球全球地形图以及多光谱图像。嫦娥一号获得了覆盖全月球的1:2500000比例尺影像图的数字地面模型的高程基准采用半径为1737.4公里的正球体表面，空间分辨率为500米，平面中误差192米，高程中误差120米。