Em sua longa jornada até Júpiter, a Galileo fez novas descobertas pelo caminho, enviou grande quantidade de dados sobre as luas jovianas Io, Europa, Calisto e Ganimedes e observou a colisão do cometa Cometa Shoemaker-Levy 9 em julho de 1994. Apesar de problemas sofridos em sua antena, ela realizou o primeiro sobrevoo de um asteroide, o 951 Gaspra e descobriu a primeira "lua" de um asteroide, Dactyl, em torno de 243 Ida.

Os dados enviados permitiram novo conhecimento da composição da atmosfera de Júpiter e nuvens de amônia também foram mapeadas, possivelmente criadas por escoamento das camadas mais internas da atmosfera. O vulcanismo de Io e sua interação com a gravidade e a atmosfera de Júpiter também foram gravados. As observações feitas nos satélites também permitiram sustentar a teoria da existência de um oceano líquido sob a superfície congelada de Europa e indicaram a possibilidade de camadas de água salgada sob a superfície de Calixto e Ganimedes, este último mostrando possuir um campo magnético. Evidências também foram colhidas de uma exosfera em torno de Europa, Calixto e Ganimedes. A Galileo também mapeou a extensão e a estrutura da magnetosfera de Júpiter e descobriu que o tênue sistema de aneis em torno do planeta é formado por poeira decorrente de impactos sofridos pelas quatro pequenas luas internas.