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。
月面学
认为月球不是完美光滑的想法可以追溯到大约公元前450年， 当时德谟克利特相信月球上有“高大的山脉和空旷的山谷”。 然而，直到十五世纪末人们才开始认真研究月面。1603年威廉·吉尔伯特依据肉眼观察绘制了首幅月球图。当望远镜出现后，其他人很快跟上，最初的绘画不是很精确，但随着镜片的改善，月图质量很快得到提高。十八世纪初期，通过对月亮振动的测量，显示有超过百分之五十的月球表面是可以被观察到的。1750年，约翰·迈耶创建了首个可靠的月球坐标系，使天文学家可以定位月球上的特征。