Zhruba dve a štvrť tony vážiaca sonda vybavená najmodernejšou technikou najprv minula Venušu a potom dvakrát obletela Zem, aby tak získala potrebnú rýchlosť na ceste k najväčšej planéte slnečnej sústavy.
Na obežnú dráhu Jupitera vstúpil Galileo v decembri 1995 a potom okolo neho krúžil a skúmal ho aj jeho mesiace až do septembra 2003, keď „samovražedným“ pádom do Jupiterovej búrlivej atmosféry, kde zhorel, svoj výskum skončil. Americkí vedci ho tam zámerne naviedli a vylúčili tak riziko, že sa zrúti na Jupiterov mesiac Europa, ktorý mohol kontaminovať pozemskými baktériami. Ľadom pokrytá Europa je totiž podľa vedcov najsľubnejším miestom slnečnej sústavy, kde by mohol existovať život.
Od svojho príletu k Jupiteru urobil Galileo vyše 14-tisíc fotografií jeho i jeho početnej mesačnej rodiny. Okrem iného zachytil zrážku Jupitera s kométou a tiež preukázal existenciu slaných oceánov na troch jeho mesiacoch. Počas svojho takmer štrnásťročného putovania vesmírom vyslal na Zem okolo 30 gigabytov informácií a preletel asi 4,632 miliardy kilometrov.