Galileo lanceerde bij ruimteverkenning een gerobotiseerd Amerikaans ruimtevaartuig dat naar Jupiter werd gelanceerd voor een uitgebreide orbitale studie van de planeet, het magnetische veld en de manen. Galileo was een vervolg op de veel kortere flyby-bezoeken van Pioneers 10 en 11 (1973-1974) en Voyagers 1 en 2 (1979).
Galileo werd op 18 oktober 1989 door de spaceshuttle Atlantis in een baan om de aarde gebracht. Vervolgens werd het opgevoerd tot een rotonde-traject richting Jupiter, waar het profiteerde van een reeks zwaartekracht-ondersteunende of katapultprocedures tijdens flybys van Venus (10 februari 1990) en de aarde (8 december 1990 en 8 december 1992). Naast sensoren om de deeltjes en velden van de zonnewind tijdens de interplanetaire cruise en vervolgens binnen de magnetosfeer van Jupiter te bewaken, was Galileo uitgerust met een scanplatform dat vier optische instrumenten droeg. Een camera met hoge resolutie werd aangevuld met een nabij-infrarood mapping spectrometer (voor het bestuderen van de thermische, chemische en structurele aard van de manen van Jupiter en de samenstelling van de atmosfeer van de planeet), een ultraviolette spectrometer (voor het meten van gassen en aërosolen en het detecteren van complexe moleculen) en een geïntegreerde fotopolarimeter en radiometer (voor het bestuderen van atmosferische samenstelling en thermische energieverdeling).
Tijdens twee passages in de asteroïdengordel vloog Galileo langs de asteroïden Gaspra (29 oktober 1991) en Ida (28 augustus 1993), en leverde zo de eerste close-up beelden van dergelijke lichamen; daarbij ontdekte het een kleine satelliet (Dactyl) die in een baan rond Ida draaide. Galileo bood ook een uniek perspectief op de botsing van komeet Shoemaker-Levy 9 met Jupiter toen deze in juli 1994 op de planeet sloot.
Op 13 juli 1995 bracht Galileo een atmosferische sonde van 339 kg (747 pond) uit op een aanvaringsbaan met Jupiter. Bijna vijf maanden later (7 december) drong de sonde de joviaanse wolkentoppen iets ten noorden van de evenaar binnen. Terwijl het langzaam met een parachute afdaalde door 165 km (ongeveer 100 mijl) van de atmosfeer, rapporteerden zijn instrumenten over omgevingstemperatuur, druk, dichtheid, netto-energiestromen, elektrische ontladingen, wolkenstructuur en chemische samenstelling. Na bijna 58 minuten, nadat hij zijn missie had bereikt, faalde de zender van de sonde vanwege de stijgende temperatuur. Een paar uur later, na een reis van zes jaar en 3,7 miljard km (2,3 miljard mijl), kwam het belangrijkste Galileo-vaartuig in een baan om Jupiter.
In de loop van de volgende vijf jaar vloog Galileo een reeks banen die nauwe ontmoetingen veroorzaakten met de vier grootste manen van Jupiter - in volgorde van afstand van de planeet, Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Ondanks de vervuiling van zijn high-gain hoofdantenne in het begin van de missie, die de overdracht van de weelderige beelddekking die oorspronkelijk was gepland, frustreerde, leverde Galileo onthullende close-up portretten op van geselecteerde kenmerken op de manen en dramatische beelden van de wolkenlagen van Jupiter, aurora's en stormsystemen, waaronder de langlevende Grote Rode Vlek. Een bijzonder hoogtepunt was de gedetailleerde weergave van het verbrijzelde, ijzige oppervlak van Europa, waaruit bleek dat er mogelijk een ondergrondse oceaan van vloeibaar water was. Na voltooiing van de tweejarige primaire missie van Galileo, werd zijn baan aangepast om hem naar de intense, potentieel schadelijke straling in de buurt van de planeet te sturen om Io heel dichtbij te passeren en zijn actieve vulkanen in ongekend detail te bekijken. Na het uitvoeren van gecoördineerde studies van de magnetische omgeving van Jupiter met het Cassini-ruimtevaartuig (gelanceerd op 15 oktober 1997) toen dat vaartuig in december 2000 door het Joviaanse systeem vloog op weg naar Saturnus, werd de activiteit van Galileo beperkt. In september 2003 werd het in de atmosfeer van Jupiter gestort om zichzelf te vernietigen om mogelijke besmetting van een Joviaanse maan te voorkomen.
