Ende 1846 erhielt Carl Zeiß nach etlichen Mühen endlich eine "Konzession zur Fertigung und zum Verkauf mechanischer und optischer Instrumente sowie zur Errichtung eines Ateliers für Mechanik in Jena". Der Rest ist Legende. Zu Lebzeiten von Carl Zeiß ging es noch vor allem um den Bau von Mikroskopen, auch wenn der kleine Betrieb bereits vereinzelt Fernrohre herstellte.

Carl Zeiß starb 1888 im Alter von 72 Jahren. Sein Partner und Nachfolger im Unternehmen, Ernst Abbe, gründete einige Jahre später eine spezielle Astroabteilung.

Das erste große Spiegelteleskop mit einem Durchmesser von einem Meter lieferte die Jenaer Firma 1911 an die neu gegründete Hamburger Sternwarte in Bergedorf. Es war damals das viertgrößte Instrument der Welt.

Klassische Linsenteleskope von Carl Zeiss gibt es in Sternwarten in vielen Ländern, etwa im Griffith Observatory in Los Angeles. 1960 ging in Tautenburg bei Jena das Zwei-Meter-Spiegelteleskop in Betrieb, das größte Instrument Deutschlands.

Das Unternehmen Carl Zeiss baute 1923 zudem den ersten Planetariumsprojektor. In so gut wie jedem Profi-Observatorium kommen optische oder mechanische Teile zum Einsatz, die aus dem einstigen "Atelier für Mechanik" in Jena stammen.