天王星最亮时要比6等星稍亮，当天王星在天顶附近时，眼力好的人还是勉强能看到它的。因此在望远镜发明以前，用肉眼是可以发现天王星的，但直到1690年，人们用望远镜才观测到它。天文学家勒蒙尼耶从1750～1769年，曾在他的望远镜里观测到天王星达12次之多。由于这位天文学家是个粗心急躁的人，没有花费更多的工夫去整理、研究他的观测资料，使他错过了发现天王星的大好机会。不久，有位侨居英国的德国人威廉·赫歇尔，一有空闲，就去阅读数学、天文学的著作，是一位勤奋追求知识的人；天空的星辰吸引着他，使他产生了迫切需要有一架更大的望远镜，去观测天空奇迹的愿望。于是，他开始磨制望远镜，在1781年3月13日，赫歇尔用自己制造的口径为16厘米的望远镜，在对双子座里的一群小星观测时，发现了1颗行星，这就是后来把它称做天王星的行星。天王星的发现，扩大了太阳系的范围。
天王星距离太阳有19.28天文单位。太阳发出的光到达天王星需要2时38分。在天王星上看太阳，太阳是很小的，它的直径不到2′。若在天王星上看地球，它总是淹没在太阳的光辉里。如果从天王星上看水星和金星，就更看不到了，只有土星和木星出现在晨昏的东方或西方天空。在半夜的天空中，可以看到海王星放射着暗淡的光辉。
天王星绕太阳公转1周要花斟年的时间。它绕太阳运行的姿态非常特殊。因为对于一般的行星来说，都是侧着身子运动，而天王星则不然，它像是躺在轨道上绕太阳运动。这是由于天王星的自转轴，与它绕太阳公转的轨道平面间交角，只有8°的缘故。因此在天王星的1年中，太阳便轮流地照射着它的南极和北极。当太阳照射天王星的北极时，北半球是夏季，太阳总不下落，全是白天，没有黑夜。由于天王星离太阳很远，表面的温度仍然是很低的，达零下211℃，说明天王星上的夏季，也是非常寒冷的；这时在南半球，正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季。只有在赤道南北纬80之间，才有昼夜的变化。随着天王星的运动，太阳渐渐照射到它的赤道上，这时在天王星这个世界上，才有白天和黑夜的变化。以后，太阳又照射到天王星的南极，南半球的夏天就来到了，它和北半球的夏天是一样的。这时的北半球，则处在寒冷的长夜之中。以后，太阳又逐渐照射到赤道上，就是这样寒来暑往，往返不已。
天王星除了公转也有自转运动。但长期以来，对天王星的。自转周期没能确定下来。科学家们用光谱的方法，才测定了天王星的自转周期为24小时。
在望远镜里看到的天王星，是1颗蓝绿色的星球。在九大行星中，天王星比木星、土星小，但比其它行星都大，吐于中等的地位。天王星的体积是地球的67倍。现在，人门认为天王星的表面有一层厚冰，在这个冰层的内部是个含有金属铁的岩石核。人们把天王星表面的冰-层称为天王星幔，它主要是由水冰和氨冰的混合物组成。天王星上空，有厚厚的大气层。大气中含有大量的氢，还有甲烷以及氨、水、氦和氖等气体。在天王星大气层的深处，覆盖着厚云层。
1977年3月10日，我国和美国等5个天文台，在观测天王星遮掩恒星时，发现了天王星的光环。它位于赤道面附近。最初，认为这个光环是由5个同心环组成的。这5个同心环从里向外的顺序是α、β、γ、δ和ε。其中ε环最宽，有100千米，是主环。其余4个环的宽度，只有10千米左右，而且彼此相距很远。后来又经过进一步的观测和研究发现，在。环以内还有3个环，又在B和R环之间发现一个环。天王星共有9个环组成。由于天王星环的宽度不大，所以在地球上从望远镜里无法直接看清它的形象。1978年，美国天文学家借助口径达5米的望远镜，用工作波长为2.2微米的红外光，拍下了天王星环的照片。天王星环是由许多小固体块组成的，大概含有石块。
最近，从行星际探测器发回的资料中，发现了从天王星发出的无线电信号。说明天王星的内部存在磁场，在天王星的周围可能有强磁层。
天王星有5颗卫星，都在接近圆形的轨道上绕天王星运动。它们的轨道又都在天王星的赤道面上，因此与天王星轨道面几乎垂直。
