望遠鏡的發明及由此而做出的一係列發現使伽俐略聞名遐邇。但是他卻由於支持哥白尼學說而遭致了有勢力的教會的反對，1616年他被下了一道禁令，不準講授哥白尼學說。這道禁令好幾年未解除，為此他苦惱不已。1623年教皇死了，他的繼位人是伽俐略的崇拜者。所以，翌年這位新教皇烏爾班八世暗示說對伽俐略的禁令已告無效。
在隨後的6年中伽俐略寫出了他最有名的著作《兩個主要世界體係之間的對話》。該書巧妙地說明了支持哥白尼學說的證據，於1632年得到教會監察吏的許可後出版發行。但是教會的權威人士對該書的出版感到憤怒，伽俐略很快就受到羅馬宗教審判所的審判，指責他違反了1616年禁令。
似乎很明顯，許多牧師對於迫害這位傑出的科學家的決定表示不滿。既使根據當時的教會法，對指控伽俐略的案件也會有爭議，所以，對他的判刑是比較輕的，事實上他根本沒有坐牢，而隻是被軟禁在他的阿西特利的舒適的別墅裏。按規定不允許他會客，但是實際上這條判決規定並沒有加以實施。他所受到另外唯一的懲罰是要求他公開收回他的地球繞太陽運行的觀點。這位69歲的科學家公開收回了他的這一觀點。有一個有名的也許是不可靠的傳說，他收回自己的觀點後，俯視地球，喃喃自語：“它仍在運行。”在阿西特利，他繼續寫力學專著。他於1642年在那裏去逝。
伽俐略對科學發展所做出的巨大貢獻長期以來就已被確認。他的重要貢獻就在於他的科學發現，如慣性定律，望遠鏡，天文觀測及確立哥白尼假說的天賦。更重要的是他在創立科學方法論中所起的作用。在此之前，大多數自然科學家都在受亞裏士多德的啟迪，先對事物定性觀察，再劃分類別。然而伽俐略則先對事物加以研究，再做定量觀察。這種對仔細做定量測量的強調從那以來就成為科學研究的一個基本特征。
也許，伽俐略對科研的經驗方法的創立所做出的貢獻比任何其他人都大。是他首先堅持做實驗的必要性。他摒棄通過信賴權威——不管是教會的布告還是亞裏士多德的命題——來解決科學問題的觀念，摒棄在沒有可靠的實驗基礎上對進行複雜推理的方法的信賴。中世紀的學者們滔滔不絕地討論應該發生什麼事情及其發生的原因，但是伽俐略卻堅持通過實驗來確定實際發生了什麼。他的科學觀顯然沒有神密色彩，從這方麵來看，他甚至比他的一些晚輩人如牛頓更先進些。
人們也許不知道伽俐略是一位篤信宗教的人——盡管他受到了審判和定罪，但是他從未放棄自己的宗教信仰，也沒有脫離教會。後代人崇敬而羨慕伽俐略，把他看作是反對教條主義和反對權威扼殺思想自由的象征。但是，他在創立科學方法中所起的作用則具有更重要的意義。