1781년 3월 13일 독일 출신 영국 천문학자 윌리엄 허셸이 천왕성을 발견했다.

(명왕성을 발견한 윌리엄 허셀)

윌리엄 허셸(1738년 11월 5일 ~1822년 8년 25일)은 본래 독일 하노버 출신으로서 1757년 프랑스가 하노버를 점령하자 영국으로 도망갔다. 영국에서 허셸은 처음에는 음악으로 생계를 유지했다. 그러다 1770년을 전후하여 허셸은 천문학으로 관심을 돌렸다. 당시 다른 천문학자들처럼 달과 태양 등에만 만족하지 못한 허셸은 망원경을 적극 이용하여 보다 먼 행성을 찾는데 집착했다. 그러나 당시에 널리 쓰이던 반사거울에 만족하지 못하여 직접 훨씬 더 크고 충분한 빛을 모을 수 있는 대형거울을 만들기 시작했다. 몇 차례 실패 한 후 허셸은 그리니치 천문대가 사용하던 망원경보다 훨씬 뛰어난 성능의 망원경을 만들어내는데 성공했고 1781년 3월 13일, 이 망원경을 이용하여 천왕성을 발견하는데 성공했다. 이후에도 천문학에 매달린 허셸은 자신의 연구 성과를 우주진화론으로 발전시켰으며 70여 편의 논문을 발표했다. 그 논문 중에는 우주에서 태양계 운동에 대한 연구와 1800년 적외선 발견, 태양계의 행성과 다른 구성요소들에 대한 일련의 상세한 연구결과도 있다.

허셸이 발견한 천왕성은 기술망원경을 통해 발견한 첫번째 행성이기도 하다. 별의 반지름은 2,870,972,220 km으로 측정되었으며, 84년 주기로 태양을 30억 km ( 약 20 천문단위 ) 거리에서 한 바퀴 돈다. 자전 주기는 17시간 14분이다. 그러나, 모든 거대 가스 행성들의 상부 대기는 자전 방향으로 심한 바람이 불기 때문에 천왕성의 대기는 행성 자전 주기보다 빠르게 14시간도 안되어 천왕성을 자전하게 된다. 천왕성의 위성은 모두 27개가 현재까지 발견되었으며, 27개 중에서  미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론이 중요한 위성이다. 이 이름들은 셰익스피어의 희곡과 알렉산더 포프의 시에 나오는 요정들의 이름이다.

(보이저 2호가 촬영한 천왕성 사진)

천왕성의 자전축은 태양계 평면에 거의 누워있다시피 하여, 기울기가 약 98도 정도이다. 이때문에 극지점 부근은 낮과 밤이 바뀌는데 42년이 걸린다. 이 심한 기울기의 원인은 지금까지도 확실히 밝혀지지 않았다. 1986년 보이저 2호가 지나갈 즈음에는 천왕성의 남극쪽은 태양을 거의 직접 향하고 있었다. 또, 천왕성은 토성과 함께 고리를 행성 고리를 가지고 있다. 그러나 천왕성의 행성고리는 희미하여 직경 10미터까지의 어두운 미립자로 구성되어 있다. 학자들은 이 고리가 천왕성 생성 당시에는 없었던 것으로 추정하고 있다.

천왕성 탐사는 1986년에 보이저2호가 81,500Km 지점까지 접근하여 대기 구조와 화학 성분을 분석하고 10개의 위성을 발견한 이후에는 없었으며, 현재도 별 다른 탐사 계획은 없다.