伽利略因发明望远镜并由望远镜带来的一系列发现变得知名。但因为支持哥白尼的理论，他受到重要的教会人士的反对。1616年，他被勒令不得教授哥白尼的假说。在好几年里伽利略对这一限制感到愤慨。1623年教皇去世了，但伽利略仍然受到这一禁令的束缚，而这时执行这一禁令的人过去曾是伽利略的崇拜者。第二年新教皇保罗八世暗示(尽管是相当模糊的)禁令不再有效。
伽利略花了六年的时间完成了他最著名的著作《关于世界两大体系的对话》。这本书以高超的技巧解释了支持哥白尼理论的证据。该书于1632年经教会检查官批准后出版，但当这本书问世后，教会当局非常愤怒。伽利略很快被送上罗马的宗教法庭，他被指控违反了1616年的禁令。
显然，很多教会人士对起诉这位著名科学家的决定是不满的。即使是在那时的教会法律下，这一指控伽利略的案例也是有疑问的，因此对他的判决相对较轻。事实上他根本没有被送入监狱，而是被关在他自己在阿切特里的很舒适的乡间别墅里。理论上不允许有客人访问他，但判决并没有被强制执行。除监禁外，对他唯一的处罚是要求他公开声明撤销他关于地球围绕太阳运行的观点。这位69岁高龄的科学家在法庭上做了这一声明(这里有一个著名但不太可信的故事，说伽利略在做完了他的悔过声明后，他看着大地轻声说道：“它仍然在运动。”)。被监禁时，他继续在阿切特里写作有关力学方面的书。1642年他在那里去世。
长久以来，人们早就认识到伽利略对科学发展作出的重要贡献。他的重要性部分是根据他的科学发现，如惯性定律，发明望远镜，对天体的观测，以及他对哥白尼假说的天才证明。但更重要的是他在科学方法论发展上所起的作用。大多数在他之前的自然哲学家从亚里士多德那里得到启示，进行了大量定性观测并只描述观测的现象。但伽利略测度这些现象并进行定量观测。这种对细致的定量测量的强调已经成为科学研究的基本特征。
伽利略可能比其他任何人在科学研究的经验态度方面贡献更大。他是第一个坚持科学实验必要性的人。他拒绝那种认为科学问题可以由可信赖的权威决定的观念，无论决定是由教会做出的还是亚里士多德断言的。他还拒绝信赖那种没有坚实的实验基础的复杂的演绎体系。中世纪的经院派哲学家们详细地讨论什么应该发生以及为什么某些事要发生，但伽利略坚持通过实验来确定实际上发生了什么。
他的科学观反对神秘性，在这方面，他甚至比他的某些继承者们还具有现代性。比如他比牛顿就更具现代性。
伽利略可能因其虔诚的宗教信仰而知名。尽管他受到教廷的审判并被判有罪，但他既没拒绝宗教也没拒绝教会，他仅仅是反对教会当局镇压科学研究的企图。后人将他尊为反叛教条主义以及反叛那些企图镇压思想自由的独裁主义者的先驱是十分恰当的。但更为重要的是他在建立现代科学方法上所起的先导作用。
