Galileo Galilei, teleskopu önemli ölçüde geliştirerek astronomi alanında büyük keşifler yapmıştır. Bunlar arasında Ay'ın yüzeyindeki dağlar ve vadiler, Jüpiter'in dört büyük uydusu (Io, Europa, Ganymede ve Callisto), Venüs'ün evreleri ve Samanyolu'nun sayısız yıldızlardan oluştuğunun gözlemleri yer alır. Ayrıca, Galileo yerçekimi ile ilgili deneyler yapmış ve hareketin temel prensiplerine ilişkin önemli çalışmalar gerçekleştirmiştir. Dünya'nın şeklinin küre olduğu bilgisi Galilei'den önce de bilinmekteydi; bu konuda Galilei'nin yaptığı çalışmalar gözlemsel kanıtlarla destek sağlamıştır.