Галилей в 1610 году первым использовал простую подзорную трубу, в которую он наблюдал диск Юпитера. Он описал планету в своём трактате, опубликованном в "Звёздном вестнике", изобразив её как сплющенную букву "о", подчеркнув, что планета не совсем круглая. Учёный разглядел так же 4 больших спутника: Ио, Европу, Ганимеда и Калисто, названными галилеевскими, или спутниками Медичи, - эти имена пизанский учёный дал им в честь своих меценатов. На диске Юпитера расположены полосы, которые эти спутники пересекают, обращаясь вокруг планеты. Впервые это наблюдал в 1630 году Дзукки, когда Роберт Кук в 1664 году начал говорить о пятнах.

Джандоменико Кассини в 1665 году открыл Большое Красное Пятно, крупную овальную аномалию в южной тропической зоне планеты; это пятно он использовал для первой оценки периода вращения Юпитера, получив 9ч 56мин. Он провёл также достаточно детальные наблюдения аномалий экваториальной полосы, уточнив период вращения: 9ч 51мин. Разница между периодами вращения на разных широтах указывала на то, что наблюдаемые структуры не свойственны для плотной поверхности. Кассини измерил также полярную приплюснутую зону планеты, составившую 1/15 часть её диаметра.

Вопрос о физической природе планеты оставался открытым всё XIX столетие. Поначалу думали, что у неё такой же состав, как и у Земли. В последние годы столетия завоевала популярность теория, допускающая наличие большой атмосферы с высокими и очень холодными облаками. В те же годы методом спектрального анализа были исследованы полосы Юпитера, обладающие поглощающими способностями, определяемыми по наличию выше облачного слоя метана и аммония.

Всего к планете было направлено 6 зондов: "Пионер-10 и 11", "Вояжер-1 и 2", "Уллис" и "Галилей".

Зонды серии "Пионер" были запущены соответственно в 1972 и 1973 годах. Этот зонд был оборудован носителем информации о человеке на случай, если во время долгого космического полёта произойдёт контакт с разумными существами.

Проект Вояжёр оказался ещё более дерзким: использовать парад заземельны планет, бывающий раз в двести лет, что дало бы возможность за один полёт посетить Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. "Вояжёр-1" долетел до Юпитера по кратчайшей траектории в марте 1979 года и отослал на Землю множество изображения и данных, для обработки которых потребовались годы. "Вояжёр-2" пошёл ещё дальше, облетев "галилеевы" спутники, передав удивительную панораму, после чего продолжил своё путешествие к Нептуну.

Основной целью зонда "Уллис" был не Юпитер, а полярные области Солнца. Что бы достичь этой цели и выйти с области эклиптики, "Уллис" использовал гравитационное притяжение газообразного гиганта, пройдя под его экваториальной плоскостью. Поскольку зонд не был оборудован соответствующим фотооборудованием, изображений "Уллис" не передавал, но он смог изучить юпитерианское магнитное поле. Вероятно, из-за вращающегося вокруг Юпитера плазменного кольца данные о напряженности магнитного поля, полученные зондом "Уллис" оказались выше, чем в момент полёта "Вояжёра". Эта плазма образуется в результате частичной ионизации под влиянием частиц солнечного ветра серы и кислорода, извергаемых вулканами спутников планеты.

И наконец, зонд "Галилей" достиг Юпитера в конце 1995 года и также произвёл ряд удивительных открытий как в отношении самой планеты, так и в отношении её спутников. Одной из первоочерёдных целей полёта был вброс маленького модуля в атмосферу Юпитера, при этом материнский зонд оставался на околопланетной орбите. Модуль вошёл в атмосферу в декабре 1995 года и выдерживал агрессивные температурные и барометрические условия в течение 57 мин. За это время он успел углубиться приблизительно на 200 км. Результаты показали, что плотность и температура гораздо выше ожидаемых. В исследованной части атмосферы облаков и водяного пара не оказалось, в отличие о того, что сделали замеры, сделанные зондом "Вояжёр".