伽利略并不是第一个发明望远镜的人，也不是第一个用望远镜来观察月球的人。
伽利略的历史贡献是第一个改进了原始粗糙的望远镜，使其分辨率大大提高，从同时代人的大约三、四倍，到八、九倍，到二十倍。
伽利略还给望远镜加上了一个光圈环用以改善成像质量，换句话说是伽利略使望远镜由一个粗糙的玩具变成了一架精密的天文仪器。
伽利略的望远镜。
伽利略改进了望远镜后，观察了很多种天文现象，并得到了利用这台望远镜能够发现的所有重要发现。
首先他观察了月球，发现在月球上有很多斑点，有些是暗的，有些是明亮的，伽利略把这些斑点解释为月球上的山脉和谷地，伽利略甚至还利用他的观测图样估算了月球上山脉的高度。
伽利略记录的月相图。
伽利略发现土星表面有凸起的部分，后来这个现象被惠更斯用更精密的望远镜确定为是一个“环”。
伽利略观察到的土星及其“凸起”（后来被确认为“土星环”）。
伽利略发现在木星附近有几个亮点，起初他以为是恒星，但持续的观察发现这几个亮点跟着木星一起运动，他们其实是木星的卫星。
伽利略观察到的木星及其卫星。
伽利略发现在太阳表面有一些暗点（太阳黑子），这个现象是不同观测者几乎同时独立发现的，当时有些科学家囿于亚里士多德观念的影响，认为太阳本身是纯净完美的天体，这些暗点是太阳附近行星投射在太阳上的阴影，但伽利略这样的反亚里士多德派则认为太阳黑子是在太阳表面的。
现在我们知道伽利略的观点是正确的。
伽利略观察到的“太阳黑子”。
伽利略是第一个利用望远镜观察天体并且取得大量成果的科学家。
他观察到月亮表面有许多凹凸不平的山岳、盆地，木星有四个卫星，太阳上有黑子，银河是由无数个恒星组成的星系，金星、水星也有盈亏现象等。
1610年伽利略在《星空使者》一书中公布了这一系列前所未闻的新发现。
