在發現天王星是行星之前，天王星已經被觀測了很多次，但都把它當作恆星看待。最早的紀錄可以追溯至1690年，約翰·佛蘭斯蒂德在星表中將他編為金牛座34，並且至少觀測了6次。法國天文學家Pierre Lemonnier在1750至1769年也至少觀測了12次，包括一次連續四夜的觀測。
1781年3月13日，在索美塞特巴恩鎮新國王街19號，威廉·赫歇爾在他家的庭院中觀察到這顆行星，但在4月26日最早的報告中稱之為彗星。赫歇爾用他自己設計的望遠鏡「對這顆恆星做了一系列視差的觀察」。
他在他的學報上這樣記錄著：「在與金牛座ζ成90°的位置……有一個星雲樣的星或者是一顆彗星」。
3月17日，他又記著：「我找到一顆彗星，或者是星雲狀的星，並且由他的位置變化發現是一顆彗星」。
當他將發現提交給皇家學會時，雖然含蓄地認為比較像行星，但聽他仍然聲稱是發現了彗星。
赫歇爾因為他的發現被通知成為皇家天文學家，並且語無倫次地回覆說：「我不知該如何稱呼它，它在接近圓形的軌道上移動，很像一顆行星，而彗星是在很扁的橢圓軌道上移動。我也沒有看見彗發或彗尾」。
當赫歇爾繼續謹慎地以彗星描述他的新對象，其他的天文學家已經開始做不同的懷疑。
俄國天文學家安德烈·約翰·勒克色爾（Anders Johan Lexell）估計這顆星到太陽的距離是地球至太陽的18倍，而沒有彗星曾在近日點四倍於地球至太陽距離之外被觀測到。柏林天文學家約翰·波得描述赫歇爾的發現像是「在土星軌道之外的圓形軌道上移動的恆星，可以被視為迄今仍未知的像行星的天體。」波得斷定這個以圓軌道運行的天體比彗星更像是一顆行星。
這個天體很快便被接受是一顆行星。在1783年，法國科學家拉普拉斯證實赫歇爾發現的是一顆行星。赫歇爾本人也向皇家天文學會的主席約翰·班克斯承認這個事實：「經由歐洲最傑出的天文學家觀察，顯示這顆新的星星，我很榮幸地在1781年3月指認出的，是太陽系內主要的行星之一」。
馬斯基林建議赫歇爾：「做為天文學世界的恩寵，為您的行星取個名字，這也完全是為了您所愛的，並且也是我們迫切期望您為您的發現所做的。」
作為回應馬基斯林的請求，赫歇爾決定命名為「喬治之星（Georgium Sidus）」或「喬治三世」以紀念他的新贊助人。
他在給約瑟夫·貝克的信件中解釋道：天文學家Jerocirc;me Lalande建議將這顆行星稱為赫歇爾，以尊崇它的發現者。但是，波得贊成用希臘神話的烏拉諾斯，譯成拉丁文的意思是天空之神，中文則稱為天王星。
波得的論點是，農神（土星）是宙斯（木星）的父親，新的行星則應該取名為農神的父親。
天王星的名稱最早是在赫歇爾過世一年之後的1823年才出現於官方文件中。「喬治三世」或 「喬治之星」的名稱在之後仍經常被使用（只在英國使用），直到1850年，HM航海曆才換用天王星的名稱。
天王星的名稱是行星中唯一取自希臘神話而非羅馬神話的。天王星的形容詞Uranian被鈾的發現者家馬丁·海爾因茲（Martin Klaproth）用來命名在1789年新發現的元素。
天王星的天文學符號是Astronomical symbol for Uranus，他是火星和太陽符號的綜合，因為天王星是希臘神話的天空之神，被認為是由太陽和火星聯合的力量所控制的。在東亞，也都翻譯成天王星（sky king star）。