“伽利略”号探测器于1989年升空，1995年12月抵达环木星轨道。它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈，获得了有关木星大气层的第一手探测资料，在1995年将一个探测器放到了木星上。它发现在木星的卫星欧罗巴（Europa）、Ganymede、Callisto的地下有咸水，还发现木星卫星Io上有剧烈的火山爆发。
“伽利略”号探测器在2003年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。这将是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。 “伽利略”号探测器在美国东部时间2003年9月21日纵身“跳”入木星大气层，以一种近乎自杀的方式使自己焚毁，为长达14年的太空之旅画上了句号。
“快点走啊，‘伽利略’号！”在地面控制人员的遥控下，重达2.5吨的探测器逐渐向木星靠近，然后飞入木星黑暗的背面。当天下午快4点的时候，“伽利略”号与地球的通信联系中断，几分钟后坠入木星大气层。
“伽利略”号的坠落速度据估计达到约每秒48公里。按照这一速度，从美国西海岸的洛杉矶到东部的纽约只需82秒。它与木星大气剧烈摩擦产生的高温基本将探测器焚毁殆尽。 数百名科学家、工程技术人员和他们的家属，聚集在帕萨德纳的美国宇航局喷气推进实验室，遥送“伽利略”号走完最后一段路程。不少人已经在这个项目中工作数十年，探测器的陨落让他们颇为伤感。一位名叫洛佩斯的科学家说：“对一位老朋友说再见，真有点难过。”坠落过程开始后，最后一任项目主管亚历山大女士的眼睛也一度变得湿润。
“伽利略”号虽然是一台无生命的机器，但它从孕育到坠毁过程中经历的种种辉煌和挫折，让科学家们难以割舍。
“伽利略”号探测计划最早于上个世纪70年代初提出，1977年得到宇航局批准，但直到1989年才由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入太空。之后，探测器上的主天线曾出现故障，但地面控制人员最终找到了让它发回探测数据的其他办法。 探测器原定约2年的使命先后被3次延长。在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它创造的记录有：绕木星运行34周，与木星主要卫星35次相遇，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的三颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。
美国宇航局原打算让“伽利略”号在环木星轨道上运行下去，但探测器有关木卫二上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。“伽利略”号的主要使命不是去外星寻找生命，在设计时探测器没有经过消毒处理。当它燃料即将用尽时，在木星引力的作用下轨道可能发生变化，并可能与木卫二相撞。理论上，探测器与木卫二相撞可能导致地球的微生物在木卫二上立足，这种情况将会影响未来在这颗卫星上寻找本土生命的工作。
美宇航局由此决定，在“伽利略”号燃料未完全用尽、还能控制运行轨道之时，让它葬身于木卫二之外的其他天体上，这个“安葬地”最终定为木星。 伽利略号的旅程并不幸运。它原本的计划是由太空穿梭机将它和它的推动火箭--半人马座火箭送入地球轨道。然后半人马座火箭将用2年半的时间将伽利略号送抵木星。在80年代初，伽利略号完工的时候由于航天飞机和运载火箭没有准备好。所以推迟了发射时间。当一切准备妥当之后，升空日期便定在了1986年的5月。但在1986年1月的挑战者号穿梭机惨剧发生后，美国政府停止了一切的升空活动，并对安全准则作出了检讨。伽利略号的升空时间被延后至3年之后。新的安全准则也随之增加，包括使用低功率的推进火箭，并禁止在航天飞机的运送仓内放置燃料。这意味着半人马座火箭将取消。为了进入预期的轨道，太空船会先进入金星的轨道，再借助引力来加速，再两度折回地球加速，然后前往木星。这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。在等待升空的三年中，伽利略号被多次改造，运送和储藏。有人认为这3年的“旅程”很可能就是升空后诸多问题的原因。
伽利略号利用增加了的旅程，对月球的光面和暗面的地表化学物质作出了比较，而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前，问题再度出现。伽利略号的主天线--高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为伽利略号和地球联络的主要工具，它的出错造成了严重的后果。本来伽利略号能每数分钟往地球发回一张照片，故障发生后变成了数周一张。幸而，计算机技术的发展对此作出了弥补。数据能通过压缩再传送，这使得照片的传送时间减少为数小时。 在伽利略号略过小行星带时，伽利略号对小行星951和小行星243（Ida)作出精密观测，发现Ida的卫星，并命名为Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中，伽利略号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程，地球上的望远镜则要等待木星自转来观测其阴影。
然而，在到达木星的两个月前，另一个问题发生了。伽利略号的磁带记录器发生了故障。磁带记录器的主要任务是，记录伽利略号上各种仪器所探测到的结果，并在适当的时候发回地球。在主天线发生故障之后，磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整，伽利略号放弃了原本探测木卫一的计划。
伽利略号带有一个探测器，该探测器的任务是冲入木星的大气，并在燃烧殆尽前，尽可能多的发回数据。这是个艰难的任务，与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后，探测器将与抵挡高温的挡热板脱离。独自承受木星的风暴，高温和巨大的压力。在1995年12月7日，探测器进入了木星的大气。探测器成功地发回了信号，并在降落了57分钟之后，探测器被木星发出的热力烧毁。但这57分钟大大地增加了我们对木星的大气和气候的了解。
伽利略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前，人们一共发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多个卫星。这个数字已经上升到了63个。
由于受到辐射的破坏，伽利略号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。工程师由于能够修复磁带的资料，因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。
从美国“伽利略”号探测器传回的最新的资料表明，在木卫二的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫二上有水”的假设添加了重量级砝码，并引起了生物学家对木卫二上是否存在生命的争论。 “伽利略”号探测器在距木卫二上空351公里的地方飞掠而过。令人惊讶的是，木卫二地磁北极点的地理位置在变化，并且移动得很频繁，几乎每5个半小时就移动一定距离。
这个结果让许多科学家困惑：究竟是什么力量驱使木卫二的地磁北极点不断运动呢？“我认为这些发现告诉我们，在木卫二的地表之下有一个液体水层。”空间科学家玛格丽特·基维尔森说。按照科学家的解释，如果在木卫二的地表之下有一个液体传导层———诸如盐水层———那将可以最为完满地解释磁性极点的不断变迁。基维尔森据此表示：“这些新发现对于木卫二上存在海洋的设想非常具有说服力。”
在伽利略号的任务结束后，美国太空总署的下一个探测器名为木星冰月轨道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JIMO)，处于草拟阶段。
