1781年，天文学家威廉·赫歇尔在他的望远镜里发现了天王星。跟恒星不一样，天王星有一个小的圆盘，赫歇尔起初以为他发现的是彗星。然而经过仔细记录它位置的变化，赫歇尔能绘出天王星的轨道，并且发现它不是依循彗星的长椭圆路径而是行星的近圆路径——根据这个，天王星成为继土星后又一个行星。
在良好的情况下，你可以用裸眼看见天王星。在最亮时，天王星的亮度实际上在干净、黑暗、无月的晚上足够被裸眼看见。毫无疑问，好几个世纪以来，很多的人都看到过，但他们没有能成功地注意到这个行星在众多恒星间一晚接着一晚的缓慢运动，所以也就没意识到它是行星。
赫歇尔，第一个正式发现一颗行星的人，觉得他应该有权利给行星命名。如果坚持他的做法，行星（由内向外）就会是“墨丘利”（水星）、“维纳斯”（金星）、地球、“玛尔斯”（火星）、“朱庇特”（木星）、“萨杜恩”（土星）和“乔治”（天王星）。虽然是在德国出生的，但赫歇尔发现天王星时是在英国生活，并且，作为王的忠诚的子民，他认为把他的发现根据当时最近的君王——乔治三世一命名为“乔治王之星”是一个英明的决定。在赫歇尔的努力下，他试图成功地让这个几年前丢掉美洲殖民地的人获得了一个完整的新行星（虽然不能否认那是一个很难收税的地方）。其他的天文学家（特别是法国天文学家）不知何故反对英格兰国王得到这个行星，所以，最终这个新地方被命名为“优利纳斯”，即罗马神话里“萨杜恩”的父亲。
即使在地球上最大的天文望远镜里，天王星看上去就跟一个蓝色的小点一样。其实不是这个行星真的小（实际上它的直径大约是地球的4倍），只是因为在29亿千米的平均距离下，任何东西看上去都很小。当“旅行者2号”1986年靠近天王星时，科学家们希望能看见细节。但是虽然天王星在“旅行者2号”的相机里变大了，它仍然是一个毫无特色的圆盘。
在离天王星最近的时候，“旅行者2号”终于能看见类似于地球上的雷暴的复杂的巨大云状物体的顶部（但可能没有雷和闪电）。每一个都差不多有美国这么大。近几年，“哈勃”有时观察到了类似结构的云，但更多的时候，天王星在视觉仍是很平静的。土星的云上有高空雾层的存在给了它一个比木星更平静的外貌。然而在天王星的情况下，情况更极端。事实上，除了薄雾外，太阳的紫外射线在天王星云上创造了一层厚的乙烷雾，通过这个我们看不见什么细节。
虽然地球转动轴的倾角有23．5°，但天王星的轴是令人难以置信的超过了97．9°。这意味着这颗行星的轴几乎是躺在轨道平面上的。结果，天王星绕太阳运动时就是侧对着太阳的。许多天文学家猜测天王星奇特的倾斜性是大质量物体在太阳系早期碰撞的结果——把天王星撞得“躺”下了的碰撞。
天王星的轴倾斜97．9°导致每42年指向太阳的磁极会交换。换句话来说，在天王星两个磁极附近的地方，极夜和极昼会分别持续42年。同样的，夏季和冬季会持续等长的时间。然而，由于大气循环的急转，冬天比夏天要稍微暖和一点，虽然两个季节在云顶层温度都是很少超过－101℃的。
像木星和土星一样，天王星是另一个被由氢和氦组成的云所包围的世界。然而，它的大气也有微量的甲烷气体。甲烷吸收红、橙、黄光同时散射蓝光到我们眼里，因此让这个行星显现出蓝色。
1977年，天文学家正在观测天王星，等它从一个遥远的恒星前通过。在这个过程中当恒星被天王星挡住后它的光会变暗，科学家可以趁机推断出一些关于天王星外部大气的结构的结论。然而，在行星和恒星成一条直线之前，恒星的光闪耀了几次。天文学家们恰当地推断出这个现象是因为围绕在行星附近的很薄很暗的环状系统引起的恒星光的“蚀”。这个过程就像期望的一样在恒星通过行星后面时又重复了一次。从闪耀的次数和持续时间来看，天文学家估计天王星被9个很薄的环围绕。
1986年，达到我们才第一次真正地看见了天王星的环。“旅行者2号”接近到足够距离去高清晰地绘出天王星的环。为了能这个目的而特别制定的计划下，科学家们仔细地决定“旅行者2号”的位置，让它能看见另一颗恒星从天王星环后面掠过。“旅行者2号”的照相机确定了蜘蛛网般的很薄的环，并且增加了地球上没发现的特别模糊的第十号环。“旅行者2号”同时也证实了一个很好的关于为什么这些环在地球上从没被真正观测到过的假设。不仅仅是因为它们很薄，而且它们全跟木炭一样黑。一个可能的假设解释说这些组成环的粒子也许涂上了一层当太阳光照射时就会变暗的甲烷冰外衣。跟木星和土星的环一样，天王星的环被束缚在行星的赤道面上，所以它们跟天王星一样，以一边绕着太阳旋转。
天王星有一个我们已经知道怎么摇摆的磁场。地球、木星和土星，它们的磁极非常接近行星的转动轴。但是天王星给我们证明了不是所有都是这样的。天王星的磁极与它的转动轴有59°的夹角，只要天王星转动下去，我们就能重复看到2个磁极。
像木星和土星，天王星上不同纬度的地方旋转速度不一样，所以仅仅是一天有多长就决定于你在哪里。但天王星是完全没有特色，以至于科学家们经常用磁极的转动速度当它的转动速度。实际上这也从一个方面说明了这个行星的核转动得有多快，磁极也被这熔融的铁芯所束缚。然而我们不能直接看见内部的核，“旅行者2号”上叫磁力计的仪器能感应出天王星的磁场并绘出磁场图。
1787～1948年，天王星5个最大的卫星在地球上被发现了。1986年，“旅行者2号”在这个行星的飞越点上发现了10多个以113千米到不足32千米的距离排列的卫星。
在太阳系所有的卫星之中，天王星的“米兰达”是最大的无主珍宝。然而“米兰达”直径仅仅大约480千米，在这个微小的地方的边界到处是悬崖、绝壁、峡谷和只能被描述为混乱的地形。科学家们相信在早期“米兰达”至少被一个质量大到可以把它撞成碎片的物体撞过一次。在碎片间的引力作用下它们有重新合在一起了，但不是依照它们原来的排列，因此产生了一个类似于三维七巧板的卫星。
“米兰达”的冰的悬崖不仅是地质奇迹，几乎没有地质特征能与“米兰达”上的垂直冰的悬崖相匹敌，其中最高的一个，维罗纳·鲁比，高14．5千米，并且宣称是太阳系里最峻峭的落差。如果你在山顶跨一步到太空中，你会发现这个小星球的引力是如此的小以至于你得花接近半个小时才能到达谷底。