天王星距太阳28.8亿千米，距地球27.3亿千米，太阳光线到达天王星也要2小时38分钟。
威廉·赫歇耳发现天王星有点事出偶然。1781年3月13日晚，他像往常一样用他自制的望远镜巡视天空，在观察双子座的一部分天空时，他看到一颗不平常的星，它完全不像是一颗恒星，因为恒星在望远镜中只是一个光点，而这颗星呈现为一只淡绿色圆盘状。接连几个夜晚的继续观测，他发现那个天体似乎正在恒星背景上缓慢地移动着。赫歇耳以为他发现了一颗彗星。不久他就发现，这颗星缺少彗星特征——模糊的边界，它看上去边缘总是清晰的。而且它的运行路径是在土星轨道外面的一条近于圆形的天王星的发现，轰动了世界。
轨道，赫歇耳最后认定，他发现的是一颗新行星。
学术界决定新行星是遵守希腊神话人物命名行星的传统，把新行星命名为“乌拉诺斯”（Vranus），他是希腊神话主神宙斯的祖父，翻译成汉语就是“天王星”。
天王星一下子把太阳系的疆界开拓了，打开了人类的视野，启发天文学家继续在广奥的星空探索。
天王星也使赫歇耳一举成名。在此之前，他是位爱好天文学的音乐家，在发现天王星以后，他荣获了勋章，被选为英国皇家学会会员，从此走上了专业天文学家的道路。直到今天，天文学家依然对他极为尊敬，他在恒星天文学方面有杰出贡献，赢得了“恒星天文学之父”的美誉。
赫歇耳是自学成才的典型。他于1738年出生于德国，后移居英国，身在音乐界的赫歇耳却对数学发生了兴趣，继而又步入光学领域；对光学的兴趣又使他产生了用望远镜观察星星的愿望。
1771年，他成了一名天文爱好者，业余时间几乎全都用于磨制望远镜。他的惊世之作是1789年造就的一架口径1.22米，镜筒长达12米的巨型望远镜，在200年前堪称奇迹。在以后长达半个多世纪的时间里，这架望远镜的大小，无人能超越。
赫歇耳用他自己磨的望远镜不辞辛劳，研究天空，他最感兴趣的是恒星，他最大的成就也在恒星世界中。1785年，他绘出了我们置身其中的这个恒星系统的外形，呈透镜状——就是今天的银河系，被后人认为是第一个真正发现了银河系的人。
赫歇耳还发现了太阳的运动。1783年，他论证了太阳以每秒17.5千米的速度向武仙座方向前进；这自然使人们得出结论，太阳也不是宇宙的中心。
他于1822年去世，享年84岁，恰好等于他发现的天王星的公转周期——84年。
在赫歇耳发现天王星后6年，在一次试观测他自己新制的望远镜时，又获得了一个有趣的发现——天王星有两颗卫星。它们是天卫三、天卫四，今天，天王星的卫星数已增加到15颗了。另外，土星的两颗卫星，土卫一和土卫二也是赫歇耳发现的。
天王星有一个与众不同的性质，就是它的运行姿态十分奇特。
一般的行星，都是侧着身子绕日运动，它们的自转轴和公转轨道平面，全都近似垂直，有一点小的倾斜，地球为23.5°，火星24°，木星3°，土星27°，这正是引起季节变化的原因。可是，天王星的自转情况则与众不同，天王星的自转轴的倾斜度达到98°，它们的自转轴与公转轨道平面近乎平行——仅有2°的夹角。实际上天王星是躺在它的轨道面内旋转的，就跟保龄球滚在球道上的情形差不多。这一事实意味着，天王星的季节也非常奇特。在天王星的一年中（相当于地球上84年），太阳轮流照射天王星的南极和北极。当太阳照北极，北半球处于夏季，在北极地区，太阳看起来就像是悬挂在头顶的上方，而且总不下落。而当冬季来临时，这颗行星一半地方进入漫漫的寒冷冬夜中一直持续几十年。只有随着太阳渐渐照射到赤道上，天王星的世界，才有白天到黑夜的交替。即使在夏季，表温很低，－211℃。这样怪异的气候类型，无疑是因为这颗行星的大气层得到奇特的、不均匀加热的结果。
天王星也有光环。天王星曾在1977年3月10日，在一颗微弱的恒星前通过，这种现象叫做掩食，这是对天文学家来说非常难得的观测时机。因为，天文学家可以趁此机会测量这颗行星的直径，那就是只要测出那颗恒星的光亮被遮挡的持续时间，再根据已经知道的天王星在它的轨道上运动的速度，就不难算出天王星的直径。中国和美国等五个天文台的天文学家们在预报的时间耐心等待。可是，奇怪的是，在预定开始发生掩食前半小时，那颗暗星竟然连续五次从视野中短暂消失，先被“掩”了，接着才发生掩食现象，这以后，掩食结束后半小时，那颗暗星又连续五次时隐时现又被“掩”了。这出乎意料的发现，使天文学家们惊诧不已，这意味着一个重要事实发现：天王星被五个窄环包围，后1986年“旅行者2号”飞越天王星时，又发现新的天王星环，共有11道环。
天王星成为继土星以后的第二个带环行星，打破了土星长期独领风骚的局面。但是，话说回来，天王星光环却不能与土星美丽的光环相提并论。
土星光环又亮又宽，天王星光环又暗又窄。天王星光环由黑黑的岩石块和小固体块组成，反照率只有2%，是太阳系里最黑的物质，我们在地球上是看不到它的。天王星每个光环都很细窄，在10～100千米之间，彼此间距离却比较宽，结构也简单，11道窄环很难分辨出细节。
天王星是颗蓝绿色的星球。这是因为大气中由氢和氦构成的甲烷云层吸收红光的缘故。天王星最大半径为2.5万千米，比木星、土星小，比其他行星都大。天王星的体积为地球的65倍，质量为地球的14.5倍，密度为1.19（以水密度为1）。这些似乎都显示天王星不过是一颗中等地位的行星，给人的印象平平淡淡。
哈勃空间望远镜一张近红外波段的照片，改变人们以前的看法。天王星不再平淡无奇，让人刮目相看。
哈勃空间望远镜1990年4月发射成功，主镜的直径为2.4米，它在好几百千米的高空进行观测，受大气干扰很少，它能观测到很暗的星（最暗的星为28等星），比地面上最好的望远镜都更胜一筹，发回的照片质量较高。
“哈勃”1997年7月28日拍摄一张仿彩色照片，不同的颜色表示不同的温度，即代表不同的云层，显出以前从未见过的大气结构。很明显，在天王星右边缘处有几个橙红色的亮斑，在中部还可以看见有一个绿色的斑，这些是大气中的云团，成为天王星上最显著的特征，每个云团的直径都有几千千米，几乎是欧洲面积的大小。天王星照片中蓝色带代表大气最深也是最明亮的一层。绿色代表大气中间一层，这层对甲烷吸收敏感。红色表示处于高层的大气，对氢的吸收作用明显。大气云团都随天王星自转而转动。
天王星环在近红外波段也明亮动人。我们看到照片最明亮的环是ε环，ε环在上部的部分最宽而且最亮，宽度也不均匀。ε环内还有两个较暗弱的环，也能看见。
天王星的几颗卫星也在照片中，这是“旅行家2号”在1986年发现的10颗卫星中很靠近天王星的两颗。以前人们在地面上还发现了5颗卫星，距离天王星都比较远，也比较大，从天王卫三的直径1610千米（几乎是月球的一半），到天王卫五的直径484千米不等，现在的天王星共有15颗卫星。
天王星的卫星，在太阳系里也异乎寻常，在大卫星上，有众多的陨星撞击坑——环形山，还有大量剧烈的复杂的地壳构造痕迹如断层。卫星的密度从天王卫五的1.26（水的密度为1），到天王卫一的1.65不等，只比天王星稍大。对天王卫星密度的测定结果否定了以前的一种理论，即天王星的倾斜是由于一颗极大的天体与天王星相撞而造成的，撞击抛出的碎片逐渐形成了卫星。如果的确是这样的话，卫星的密度该比实际所测的密度大得多。
美国“旅行者2号”在1986年首次飞临天王星，它收获也很丰富。
①天王星也有强大磁场，与土星、木星、地球一样，磁场扭曲歪斜，磁场强度只有地球的1%。
②天王星有许多巨大环形山——天王星表面有许多类似月球环形山的巨大环形山，它的大卫星上也有明显的断层区和山谷，这说明，天王星曾遭流星强烈袭击。
③天王星有“电辉光”现象——土星也有过，天王星也发现有辉光现象，不过“电辉光”的特征与地球极光大不相同。
④天王星有强烈辐射带——比土星强烈得多。
对天王星的了解还远没有结束，我们期待对天王星的研究能帮助我们更好地了解太阳系的奥秘。