Tanınmış müzikçi Vincenzo Galilei'nin oğlu olan Galileo, ilk eğitimini ailesinin 1574 de taşındığı Floransa yakınlarındaki Vallombrosa Manastırında aldı. 1581'de tıp öğrenimi görmek üzere Pisa üniversite'sine girdi. Raslantı sonucu bir geometri dersinin de etkisiyle Toscana sarayında öğretmenlik yapan Ostilio Ricci'den matematik ve fizik dersleri almaya başladı.

            Mali durumunun elvermemesi nedeniyle 1585'de üniversiteden ayrılmak zorunda kaldı. Floransa'ya dönerek akademide ders vermeye başladı. 1586'da hidrostatik teraziyi bulan ve bu buluşunu bir makaleyle açıklayan Galilei'nin ünü bütün Italya'ya yayıldı. 1589'da yazdığı katı cisimlerin ağırlık merkezlerine ilişkin inceleme Pisaa Universite'sinde matematik dalında öğretim üyeliğine getirilmesini sağladı. Burada hareket üzerine araştırmalara başlayan Galilei ilk olarak ağırlıkları farklı cisimlerin farklı hızlarda düşeceklerine ilişkin  Aristoteles'ci görüşü çürüttü.
       1592'de Padova'da matematik profesörü olarak çalışmaya başlıyan Galilei bu görevi 18 yıl sürdürdü ve buluşlarının önemli bir bölümünü burada gerçekleştirdi. 1604 sıralarında düşen cisimlerin düzgün hızlanan hareket yaptığını kuramsal olarak kanıtladı. Yaptığı teleskoplar, mercek yüzeylerinin eğrilik derecesini denetlemek amacıyla geliştirdiği yöntem sayesinde, astronomi gözlemlerinde kullanılabilecek ilk teleskoplar  olarak kısa sürede avrupa'nın her yanında aranmaya başladı. Astronomi alanındaki bulgularını Sidereus Nuncius (yıldızların habercisi) adıyla yayımladı. Teleskopla  gerçekleştirdiği  gözlemlerden etkilenen Venedik senatosu Galilei' nin Padova üniversitesinde yaşam boyu profesör olarak kalmasına karar verdi. Ama Galilei Toscana grandükünün sarayın baş felsefecisi ve matematikcisi olma önerisini kabul ederek 1610 yazında Padova'dan ayrıldı. Teleskopla yaptığı gözlemlerin Copernik'i doğrulaması, Aristoteles'ci profesörlerin ona karşı cephe almasına yol açtı. Ve Galileo'yu kilise yetkililerinin gözünde karalamaya çalıştılar. Bir yandanda dine karşı ve uydurma olduğunu iddia ettikleri sözlerini gerekçe göstererek Galilei 'yi Enkizisyon 'a gizlice ihbar ettiler. Kardinal Bellarmine konuya özel bir önem verek Galilei'yi  26 şubat 1616' da huzuruna kabul etmiş, bundan böyle bu öğretiye bağlı kalmasının ve onu savunmasının yasaklanmış olduğu konusunda onu uyarmış, ama konunun salt matematiksel bir varsayım olarak tartışılabileceğini bildirmişti.
       Bu olayı izleyen yedi yıl boyunca Floransa yakınlarındaki Bellosguardo'daki evine çekilmiş olarak yaşadı. Galilei 1616 kararını yürürlükten kaldırabilmek umuduyla 1624 'de Roma'ya gitti. Bunu başaramadıysada papadan dünya sistemleri üzerine yazı yazma izni aldı. Floransa'ya dönen Galilei büyük yapıtı Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, ptolemaico e copernicano(iki büyük yer sistemi, Ptolemaios ve kopernik sistemleri üzerine konuşmalar) üzerinde yıllar sürecek çalışmasına başladı. kitap 1632'de yayımlandı. Papaya kitabın tarafsız görünen başlığına karşın aslında Copernik sisteminin güçlü ve pervasız bir savunusu olduğu belirtildi. Tam bu sırada Galilei'nin dosyasında bir belgenin varlığı keşfedildi. 26 şubat 1616'da Bellarmine'nin huzurunda Galilei'nin ne biçimde olursa olsun Copernikciliği anlatması yada tartışması Enkizisyon'un ceza yaptırımına bağlanarak özellikle yasaklanmıştı. Böylece kitap için elde edilmiş olan iznin sahtecilikle ve usülsüz biçimde alındığına karar verildi. 16 haziran da mahkum oldu.Hüküm hapis cezasını içeriyordu. Ama papa bu cezayı ev hapsine çevirdi. Ve Galilei yaşamının son sekiz yılını Floransa yakınlarında Arcetri'deki evinde geçirdi.
          Galilei'nin bilime en büyük katkılarından biri mekaniğin bir bilim dalı olarak kurulmasındaki payıdır. Kuvvet kavramının mekanikte oynadığı rolü açıkca kavrayıp ortaya koyabilen ilk bilim adamıdır. Isaac Newton'un yüzyılın sonlarına doğru mekanikte gerçekleştirdiği büyük atılımın önünü açan da Galilei olmuştur. Ayrıca Galilei geçmişte birbirinden hep ayrı tutulmuş olan matematik ile fiziğin ilişkili olduğunu ve birbirlerine destek olabileceğini kavrayan ilk bilim adamıdır. Onun uyguladığı en önemli ve tümüyle kendine özgü yöntem, deneyle hesaplamayı birlikte yürütmesi olmuştur. Bu yöntem somutun soyuta dönüştürülebilmesini ve deney sonuçlarının sürekli ve düzenli bir biçimde karşılaştırılabilmesini olanaklı kılmıştır. Modern anlamda deney kavramını oluşturan Galilei bu kavram için cimento(sınav) terimini kullanıyordu.
        Galilei'ni tüm yapıtları ilk olarak 1842-56 arasında Le opera di Galileo Galilei adıyla yayımlanmıştır. Toplu yapıtlarının çok daha geniş ve eksiksiz biçimi Galilei uzmanı Antonio Favaro'nun derlediği  Le opere di Galileo Galilei adlı yapıttır.