Le LSST est un télescope de type Paul-Baker et repose sur un design à 3 miroirs qui lui confère un champ de vue de 9,6° carrés, l'équivalent de 40 Pleines Lunes.

Le très grand champ du télescope LSST est dû à son design optique unique : il est en équipé d’un système compact et optimisé de 3 miroirs et un correcteur de champ à trois lentilles, le tout capable de fournir un champ de 3,5 degrés couvrant un plan focal de 64 cm de diamètre.

Le design optique du télescope LSST est composé de 3 miroirs asphériques dont le plus grand mesure 8,4 mètres de diamètre

Le miroir primaire M1 mesure 8,4 m de diamètre soit la largeur d’un court de tennis, tandis que les miroirs secondaire M2 et tertiaire M3 mesurent respectivement 3,42 m et 5 m de diamètre. Le miroir primaire M1 et tertiaire M3 forment une surface continue dans un substrat monolithique de borosilicate d’Ohara de grade E6.

26 tonnes de verre fondu ont été nécessaires pour fabriquer les miroirs M1 et M3.

Le miroir secondaire M2 est le plus grand miroir convexe jamais réalisé. Ce miroir asphérique dévie de 17 µm d’une sphère parfaite. La conception initiale de ce miroir est un ménisque de 100 mm d’épaisseur constitué d’un verre à faible coefficient de dilatation semblable aux télescopes SOAR et Discovery Chanel.

LSST pourra détecter des objets peu lumineux en un temps d’exposition très faible. Pendant dix ans, plus de 800 images seront prises de chaque coin du ciel.

La lumière captée du ciel sera d’abord collectée par le plus grand miroir M1 qui la réfléchira vers le miroir M2 puis le miroir M3. Le faisceau lumineux très concentré sera alors renvoyé vers la caméra située au foyer du télescope.

La combinaison du système optique équipé d’un très large miroir et des détecteurs CCD permet de prendre des images avec un très grand champ mais aussi avec une grande profondeur, comparé à d’autres télescope de 8 mètres.