Zwolennik heliocentrycznej budowy świata i teorii Kopernika. W 1616 komisja papieska nakazała mu porzucenie poglądu o ruchu Ziemi. Galileusz jednak nie zrezygnował i w 1632 wrócił do problemu publikując "Dialog o dwóch najważniejszych systemach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym". W 1633 roku Święta Inkwizycja potępiła i skazuje 70-letniego wówczas Galileusza na dożywotnie więzienie za to, iż uparcie popierał i głosił tezy Kopernika. To jemu przypisuje się słowa eppur si mouve - "a jednak się kręci". W obliczu tortur i okrutnej śmierci załamał się i odwołał swoje tezy, które uznał za „absurdalne” i „potępione”. Kartezjusz, przebywając w Holandii, pisze dzieło „Traktat O Świecie”, które niszczy na wieść o skazaniu Galileusza.
Więzienie zostało później zamienione na areszt domowy na wsi pod Florencją, połączony z zakazem spotykania się z innymi naukowcami. Pomimo nadwątlonego zdrowia, nadal zajmował się nauką, odkrył librację Księżyca, zbudował pierwszy zegar wahadłowy. W 1637 stracił wzrok. W 1638 ukazały się słynne Discorsi e dimostrazioni matematiche in torno a due nuove scienze (Rozmowy i dowodzenia matematyczne z zakresu dwóch nowych umiejętności), najważniejsze dzieło Galileusza, obejmujące jego odkrycia w mechanice.
Kościół rzymskokatolicki w 1992 roku, po 359 latach a w 350 rocznicę śmierci uczonego, oficjalnie zrehabilitował Galileusza. Papież Jan Paweł II powołał specjalną komisję papieską, która badała sprawę Galileusza przez 13 lat, po czym papież uznał rezultaty jej badań i uroczyście ogłosił moralną rehabilitację uczonego. Część środowisk naukowych i katolickich uważa jednak, że oficjalny komunikat był niesatysfakcjonujący, nie spełnił pokładanych nadziei opartych na zapowiedziach papieskich, koncentrując się na usprawiedliwianiu sędziów Inkwizycji.