天王星环的发现日期是1977年3月10日，在James L. Elliot、Edward w. dunham、和douglas J. mink使用柯伊伯机载天文台观测时。这个发现是很意外的，他们原本的计划是观测天王星掩蔽SAo 以研究天王星的大气层。然而，当他们分析观测的资料时，发现行星遮掩的前后，这颗恒星都曾经短暂的消失了五次。他们认为，必须有个环系统围绕着行星才能解释。后来他们又侦测到四个额外的环。旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。旅行者2号也发现了两圈新的光环，使环的数量增加到11圈。
在2005年12月，哈勃太空望远镜侦测到一对早先未曾发现的蓝色圆环。最外围的一圈与天王星的距离比早先知道的环远了两倍，因此新发现的环被称为环系统的外环，使天王星环的数量增加到13圈。哈柏同时也发现了两颗新的小卫星，其中的天卫二十六还与最外面的μ环共享轨道。在2006年4月，凯克天文台公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的，另一圈则是红色的。关于外环颜色是蓝色的一个假说是，它由来自天卫二十六的细小冰微粒组成，因此能散射足够多的蓝光。天王星的内环看起来是呈灰色的。
天王星有27颗已知天然的卫星，这些卫星的名称都出自威廉·莎士比亚和亚历山大·波普的歌剧中的人物。五颗主要卫星的名称是天卫五、天卫一、天卫二、天卫三和天卫四。天卫三和天卫四是威廉·赫歇尔在1787年3月13日发现的第一颗和第二颗天王星卫星，天卫一和天卫二是在1851年被威廉·拉塞尔发现的。但直到1852年，威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔才为这四颗卫星命名。1948年，杰拉德·柯伊伯发现第五颗卫星天卫五。天王星卫星系统的质量是气态巨星中最少的，五颗主要卫星的总质量还不到海卫一质量的一半。最大的卫星天卫三半径只有788.9公里，还不到月球的一半，但是比土星第二大的卫星土卫五稍大些。这些卫星的反照率相对也较低，天卫二约为0.2，天卫一约为0.35。这些卫星由冰和岩石组成，大约是50%的冰和50%的岩石，冰也许包含氨和二氧化碳。
在较大的卫星中，天卫一有着最年轻的表面，上面只有少许的陨石坑，天卫二看起来是最古老的。天卫五拥有深达20公里的断层峡谷，梯田状的层次和混乱的变化，形成令人混淆的表面年龄和特征。天卫五过去的地质活动被认为是在某段时候当其轨道比当前更偏心时受到潮汐加热的影响，偏心的原因大概是跟天卫二轨道共振的结果。与地幔上涌并挤入相关的外部加工很可能是天卫五上如同“赛马场”形状的冕状物的起源。同样的，天卫一被认为曾经处于与天卫三4:1轨道共振的位置。旅行者2号探测器于1986年1月飞掠天王星，在随后的照片研究中，天文学家发现了天卫六至天卫十五以及天卫二十五共11颗小卫星。后来使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。