1585年伽利略因家贫退学，担任家庭教师，但仍奋力自学。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。1587年他带着关于固体重心计算法的论文到罗马大学求见著名数学家和历法家克拉维乌斯教授，大受称赞和鼓励。克拉维乌斯回赠他罗马大学教授瓦拉的逻辑学讲义与自然哲学讲义，这对于他以后的工作大有帮助。

1609年7月,盛传一荷兰眼镜商人发现了供人玩赏的望远镜。他未见到实物，思考数日后，用可滑动的双层金属管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔楼顶层用望远镜观看远景，观者无不惊喜万分。参议院随后决定任命他为帕多瓦大学的终身教授。

1610年初，他又将望远镜放大率提高到33倍，用来观察日月星辰，新发现甚多，如月球表面凹凸不平，月球与其他行星所发的光都是太阳的反射光；木星有4颗最大最亮的卫星(现称伽利略卫星)；太阳黑子和太阳的自转；金星、木星的盈亏现象；银河原是无数发光体（即恒星）的总汇，土星光环等等，开辟了天文学的新天地。他用实验证实了哥白尼的“日心说”，彻底否定了统治千余年的亚里士多德和托勒密的“地心说”。同年3月，出版了他的《星空信使》一书，震撼全欧。随后又发现金星和水星的盈亏与大小变化，这对日心说是一强有力的支持。伽利略日后回顾在帕多瓦的18年时，认为这是他一生中工作最顺利、精神最舒畅的时期。事实上，这也是他一生中学术成就最多的时期，他也是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。

伽利略是17世纪的科学巨匠，屡建科学奇勋，他是比萨大学的教授，因捍卫科学真理，遭到天主教会的残酷迫害。

1979年11月10日，罗马教皇在公开集会上，正式承认了300年前教廷审判意大利物理学家、天文学家伽利略是不公正的。接着，在1980年10月，教皇又在世界主教会议上，提出要重新审理这一冤案。于是，一个由不同宗教信仰的世界著名科学家组成的委员会在罗马成立，它的任务是：“研究科学同宗教信仰的关系，伽利略案件的科学方面以及伽利略学说对现代科学思想的贡献。”