ابتدا قرار بود گالیله در کلیسا برای کشیش شدن مشغول شود اما پدرش وی را به تحصیل در رشته پزشکی در دانشگاه پیزا فرستاد. گالیله طب را نیاموخت اما به جای آن به مطالعه ریاضیات پرداخت و به آن علاقه‌مند شد به گونه‌ای که در سال 1588 توانست به عنوان مدرس ریاضیات در همین دانشگاه به کار مشغول شود. سه سال بعد به دانشگاه پادوا رفت و به تدریس هندسه، مکانیک و نجوم پرداخت. وی تا سال1610 آموزش و پژوهش را در این دانشگاه ادامه داد و بیشترین دستاوردهای علمی و تحقیقاتی وی مربوط به همین دوره‌ است.

بخشی از شهرت گالیله به دلیل تائید نظریه نیکلا کوپرنیک مبنی بر گردش زمین به دور خورشید و قرار نداشتن زمین در مرکز جهان می باشد.

گالیله پیرو مذهب کاتولیک از دین مسیحیت بود. وی با مارینا گامبا Marina Gamba ارتباط داشت و از وی دارای دو دختر و یک پسر شد، اما هرگز با او ازدواج نکرد. پسر گالیله که در اواخر عمر وی به همراه او زندگی می‌کرد و یکی از زندگی نامه نویسهای گالیه هم هست، همواره از این بابت که گالیله با مادرش ازدواج نکرده بوده‌است وی را سرزنش می‌کرد. 

این دانشمند سرشناس توانست تلسکوپی برای خود بسازد و با همین تلسکوپ به کشفیات مهمی دست پیدا کند اما گالیله اولین مخترع تلسکوپ نبوده است و اختراع اولین تلسکوپ توسط یک عینک ساز هلندی صورت گرفته است.

گالیله با استفاده از تلسکوپ دست ساخت خودش توانست سطح ماه را مشاهده و اطلاعاتی در مورد آن کسب کند.

در سال 1610 گالیله موفق شد چهار قمر اصلی مشتری یعنی:1- آیو  2- اروپا  3- کالیستو  4- گانیمد  را مشاهده کند و گفته می شود که نظریه چرخش زمین به دور خورشید الهام گرفته از چرخش اقمار مشتری به دور آن می باشد. با رصد راه شیری گالیله دریافت که تعداد ستارگان این مجموعه بیشتر از آن است که قابل شمارش باشد.در سال 1610 تمام این نتایج را در جزوه ای به نام کتاب قاصد آسمان انتشار داد که موجب تحسین و تمجید بسیار گشت ولی انتشار کتاب قاصد آسمان فقط تحسین و تمجید همراه نداشت بلکه جمعی از مردم بر او اعتراض کردند.

گالیله به خاطر تائید نظریه کوپرنیک در سال 1633 در دادگاه تفتیش عقاید در ایتالیا محاکمه شد. کلیسا معتقد بود نظریات او مخالف متن کتاب مقدس و مخالف نظریه ارسطو که تا آن زمان طرفداران زیادی داشت، می باشد. او مجبور شد در دادگاه توبه کند و نظریه خود را تکذیب کند.

متن توبه گالیله در دادگاه به شرح زیر است:

در هفتادمین سال زندگی در مقابل شما به زانو درآمده‌ام و در حالی که کتاب مقدس را پیش چشم دارم و با دستهای خود لمس می‌کنم توبه می‌کنم و ادعای واهی حرکت زمین را انکار می‌کنم و آنرا منفور و مطرود می‌نمایم. و سپس نظریه ارسطو را تایید کرد.

گالیله پایه گذار علم دینامیک است. روزی در یکی از مراسم مذهبی کلیسا مشاهده چهل چراغی که در بالای سرش نوسان می کرد توجه او را جلب کرد او هنگام مشاهده توجه کرد که هر چند دامنه نوسان هر بار کوتاهتر می شود لیکن زمان نوسان همواره ثابت باقی می ماند اغلب انسانها شاید در این مشاهده چیز خاصی را نمی یافتند ولی گالیله از روح کنجکاوی و پژوهشگر دانشمندان برخوردار بود او از آن لحظه شروع به اجرای یک رشته آزمایشهای عملی کرد به این ترتیب که وزنه هایی را به یک ریسمان بست و از محلی آویزان نمود و آنها را به این سو و آن سو به نوسان درآورد در آن دوران هنوز ساعتهای دقیق با عقربه ثانیه شمار نبود و بنابراین گالیله برای اندازه گیری زمان حرکات وزنه های آویزان و در حال نوسان از ضربات نبض خود سود می جست او دریافت که مشاهداتش در کلیسای جامع پیزا صحت دارد. اگر چه دامنه نوسان هر بار کوتاهتر می شد اما هر نوسان زمان مشابه نوسانهای قبلی را در بر می گرفت به این ترتیب گالیله قانون آونگ را کشف کرده بود قانون آونگ گالیله امروزه همچنان در امور گوناگون به کار می رود مثلاٌ‌ برای اندازه گیری حرکات ستارگان و یا مهار روند کار ساعتها از این قانون استفاده می کنند آزمایشهای او در باره آونگ آغاز فیزیک دینامیک جدید بود واکنشی که قوانین حرکت و نیروهایی را که باعث حرکت می شوند.

گالیله پس از این همه رنج و این همه اکتشاف ارزشمند و علمی در 8 ژانویه سال 1642 در سن هفتاد و هفت سالگی در گذشت. اما نظریه او امروزه در علم نجوم کاملا اثبات شده است و کسی نمی تواند آن را تکذیب کند.