伽利略可能比任何其他人更有資格稱為近代科學的奠基人。他與天主教會名聞遐邇的衝突對他的哲學是極重要的，因為伽利略是最早做出如下論斷的人之一：人類有望理解世界如何行為，而且我們能通過觀察現實世界來做到這一點。
伽利略很早就相信哥白尼理論（即行星圍繞太陽公轉），但只有當他發現了支持這一觀念的證據後，才公開支持。他用意大利文寫有關哥白尼理論的文章（沒有用通常的學院式拉丁文），並且他的觀點很快就廣泛地傳播到大學之外。這惹怒了亞里士多德派的教授們，他們聯合起來反對他，並極力說服天主教會禁止哥白尼主義。
伽利略為此擔心，他趕到羅馬去向天主教會當局當面申訴。他爭辯道，《聖經》並不試圖告訴我們任何科學理論，而且通常都假定，在《聖經》和常識發生矛盾的地方，《聖經》是以諷喻的方式敘述的。
但是教會害怕這樣的醜聞可能削弱它對新教的鬥爭，所以採取了鎮壓的手段。1616年，天主教會宣佈哥白尼主義是「虛假的和錯誤的」，並命令伽利略再也不准「保衛或堅持」這一學說。伽利略勉強接受了。
1623年，伽利略的一位老友成為教皇。伽利略立即試圖為1616年的判決翻案。他失敗了，但他設法獲得了准許，在兩個前提下寫一本討論亞里士多德和哥白尼理論的書：他不能有傾向，同時要得出結論，無論如何人不能確定世界是如何運行的，因為上帝會以人難以想像的方式來達到同樣的效果，而人類不能限制上帝的萬能。
這本題為《關於兩大世界體系的對話》的書，於1632年在審查官的全力支持下完成並出版了——並且立刻被全歐洲歡呼為文學和哲學的傑作。不久教皇就意識到，人們把這本書視為擁護哥白尼主義的令人信服的論證，後悔允許該書出版。教皇指出，雖有審查官正式批准出版該書，但伽利略依然違背了1616年的禁令。他把伽利略帶到宗教法庭，宣佈對他終身軟禁，並命令他公開放棄哥白尼主義。伽利略第二次被迫服從。
伽利略仍然是一個忠實的天主教徒，但是他對科學獨立的信仰從未動搖過。1642年，即他逝世前4年，當時他仍然被軟禁著，他第二本主要著作的手稿被偷運給一個荷蘭的出版商。正是這本被稱為《兩種新科學》的書，甚至比支持哥白尼更進一步，成為現代物理學的發端。