伽利略号木星探测飞船总重 2550 千克，由轨道器和大气探测器两部分组成，前者在木星的椭圆轨道上执行探测任务；后来深入木星大气层深处探测大气层的成份和物理特性。轨道器备有多种光学摄像装置，一个小型天线，用来向地球转发大气探测器发送来的数据。大气探测器总重为 345 千克，由制动防热罩和球形仪器舱组成。防热罩是个锥角等于 120 度的钝头圆锥壳体，为防御进入大气层时的气动加热，表面覆盖一层很厚的碳—碳烧蚀防热层。防热罩重量占大气探测器重量的一半。球形仪器舱除了装备大气组分探测计、质谱仪、氦气浓度计、测云计、辐射计、高能粒子探测计等多种探测仪器外，还有降落伞系统、无线电发射装置和少量能源。伽利略号木星探测飞船本预备在 1986 年 5 月由航天飞机施放。由于挑战者号航天飞机在 1986 年 1 月失事而未能按计划执行。
直到 1989 年 10 月 18 日，探测飞船才发送上天。预计将在 1995 年飞近木星。飞行路线是独特的：先在 1990 年 2 月飞越并探测金星，从金星获得额外推力，随后于 12 月飞近地球，进行照相和测量。按计划，它在 1992 年 12 月再次越过地球之前和之后，各遇上一颗小行星，借助引力跳板，最后踏上飞向木星的轨道，全部行程长达 6 年以上。在环绕木星运行时，伽利略号将对它进行 20 个月的观测；同时探测飞船还将利用木星卫星的引力作用做一系列环绕飞行以考察木星的其余卫星。人们期待着伽利略号探测飞船给人类传来有关木星和木星系统的详尽的新信息。