จากคัมภีร์ไบเบิลภาคพันธสัญญาเดิม สดุดี 93:1, สดุดี 96:10, และ 1 พงศาวดาร 16:30 ล้วนมีข้อความที่ระบุว่า "โลกได้ตั้งสัณฐานขึ้น และไม่อาจเคลื่อนไป" ใน สดุดี 104:5 กล่าวว่า "พระองค์ทรงตั้งแผ่นดินโลกไว้บนรากฐานของมัน เพื่อมิให้มันสั่นคลอนเป็นนิตย์นิรันดร์" " ปฐมกาล 1:1 ในเริ่มแรกนั้นพระเจ้าทรงเนรมิตสร้างฟ้าและแผ่นดินโลก ปฐมกาล 1:2 ว่า "แผ่นดินโลกนั้นก็ปราศจากรูปร่างและว่างเปล่าอยู่ ความมืดอยู่เหนือผิวน้ำ และพระวิญญาณของพระเจ้าปกอยู่เหนือผิวน้ำนั้น" นอกจากนี้ในหนังสือปัญญาจารย์ 1:5 ได้กล่าวว่า "แล้วดวงอาทิตย์ก็ขึ้น เคลื่อนไปและหวนคืนสู่ตำแหน่งเดิม"[52]

แต่กาลิเลโอสนับสนุนแนวคิดดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาล เขาบอกว่าเรื่องนี้มิได้ขัดแย้งกับพระคัมภีร์เลย โดยยกถ้อยคำจากบันทึกของนักบุญออกัสติน และว่าไม่ควรแปลความจากพระคัมภีร์อย่างตรงตัว เพราะเนื้อหาในบันทึกส่วนใหญ่ค่อนข้างกำกวมด้วยเป็นหนังสือกวีนิพนธ์และบทเพลง ไม่ใช่หนังสือประวัติศาสตร์หรือคำแนะนำ ผู้เขียนบันทึกเขียนจากมุมมองที่เขามองจากโลก ในมุมนั้นดวงอาทิตย์จึงดูเหมือนขึ้นและตก กาลิเลโอได้ตั้งคำถามอย่างเปิดเผยต่อข้อเท็จจริงที่อยู่ในหนังสือโยชูวา (10:13) ที่กล่าวถึงดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ว่าได้หยุดนิ่งไม่เคลื่อนที่ถึงสามวันเพื่อชัยชนะของวงศ์วานอิสราเอล

การโจมตีกาลิเลโอบรรลุถึงจุดสูงสุดในปี ค.ศ. 1616 เขาเดินทางไปกรุงโรมเพื่อเกลี้ยกล่อมไม่ให้คณะปกครองคริสตจักรสั่งแบนแนวคิดของเขา แต่สุดท้ายพระคาร์ดินัลโรแบร์โต เบลลาร์มีโน ผู้อำนวยการไต่สวน ได้มีคำสั่งมิให้เขา "สนับสนุน" แนวคิดว่าโลกเคลื่อนที่ไป ส่วนดวงอาทิตย์อยู่นิ่ง ณ ใจกลาง ทว่าคำสั่งนี้ไม่อาจยุติการแสดงความเห็นของกาลิเลโอเกี่ยวกับสมมุติฐานเรื่องดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาล (ทำให้วิทยาศาสตร์กับคริสตจักรแยกตัวออกจากกัน) เขาอยู่รอดปลอดภัยมาได้เป็นเวลาหลายปี และรื้อฟื้นโครงการจัดทำหนังสือเกี่ยวกับประเด็นนี้ขึ้นมาอีก หลังจากที่พระคาร์ดินัลบาร์เบรินี ได้รับเลือกให้เป็นสมเด็จพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 ในปี ค.ศ. 1623 บาร์เบรินีเป็นสหายและเป็นผู้นิยมยกย่องกาลิเลโออย่างสูง เขาเป็นผู้หนึ่งที่คัดค้านการตัดสินโทษประหารแก่กาลิเลโอเมื่อปี 1616 หนังสือเรื่อง Dialogue Concerning the Two Chief World Systems (ว่าด้วยระบบจักรวาลสองระบบหลัก) ได้รับการตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1632 โดยได้รับอนุญาตอย่างเป็นทางการจากพระสันตปาปา

สมเด็จพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 ทรงขอให้กาลิเลโอแสดงข้อมูลทั้งส่วนที่สอดคล้องและคัดค้านแนวคิดดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางเอาไว้ในหนังสือ โดยให้ระมัดระวังมิให้แสดงความเห็นสนับสนุนแนวคิดนี้ พระองค์ยังทรงขอให้กาลิเลโอบันทึกความเห็นส่วนพระองค์ลงไว้ในหนังสือด้วย ทว่ากาลิเลโอสนองต่อคำขอเพียงประการหลังเท่านั้น ไม่ว่าจะด้วยความเผอเรอหรือด้วยจงใจ ซิมพลิซิโอผู้เป็นตัวแทนแนวคิดต่อต้านแนวคิดโลกเป็นศูนย์กลางจักรวาลของอริสโตเติลในหนังสือนี้ได้เผยข้อผิดพลาดส่วนตัวของเขาหลายแห่ง บางแห่งยังแสดงความเห็นโง่ ๆ ออกมา จากเหตุเหล่านี้ทำให้หนังสือ Dialogue Concerning the Two Chief World Systems กลายเป็นหนังสือโจมตีที่พุ่งเป้าไปยังแนวคิดโลกเป็นศูนย์กลางจักรวาลของอาริสโตเติลโดยตรง และสนับสนุนทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสอย่างออกนอกหน้า ยิ่งไปกว่านั้น กาลิเลโอยังนำถ้อยคำของพระสันตะปาปาไปใส่เป็นคำพูดของซิมพลิซิโออีกด้วย นักประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ลงความเห็นว่า กาลิเลโอมิได้กระทำไปเพื่อการล้างแค้น และมิได้คาดถึงผลสะท้อนจากหนังสือของเขาเล่มนี้เลย8 อย่างไรก็ดี สมเด็จพระสันตะปาปาย่อมไม่อาจเพิกเฉยต่อการเยาะเย้ยของสาธารณชนและอคติที่บังเกิดขึ้น กาลิเลโอจึงได้สูญเสียผู้สนับสนุนคนสำคัญที่ยิ่งใหญ่และทรงอิทธิพลที่สุดไป เขาถูกเรียกตัวไปกรุงโรมอีกครั้งเพื่อชี้แจงงานเขียนชิ้นนี้

หนังสือ Dialogue Concerning the Two Chief World Systems ทำให้กาลิเลโอสูญเสียผู้สนับสนุนไปเป็นจำนวนมาก เขาถูกเรียกไปไต่สวนความผิดฐานนอกรีต ในปี ค.ศ. 1633 ศาลไต่สวนได้ประกาศพิพากษา 3 ประการสำคัญ ดังนี้

• กาลิเลโอ มีความผิดฐาน "ต้องสงสัยอย่างรุนแรงว่าเป็นพวกนอกรีต" โดยมีสาเหตุสำคัญคือการแสดงความเห็นว่าดวงอาทิตย์อยู่นิ่งที่ศูนย์กลางจักรวาล ส่วนโลกมิได้อยู่ที่ศูนย์กลางแต่เคลื่อนไปรอบ ๆ ความเห็นนี้ขัดแย้งกับพระคัมภีร์ศักดิ์สิทธิ์ กาลิเลโอจะต้อง "เพิกถอน สาปแช่ง และจงชัง" ต่อแนวคิดเหล่านั้น[53]
• กาลิเลโอต้องโทษคุมขัง ในเวลาต่อมาโทษนี้ได้ปรับเปลี่ยนเป็นการคุมตัวอยู่แต่ในบ้าน
• หนังสือ Dialogue กลายเป็นหนังสือต้องห้าม นอกจากนี้ยังมีการกระทำอื่นที่มิได้มาจากการไต่สวน แต่งานเขียนอื่น ๆ ของกาลิเลโอกลายเป็นงานต้องห้ามไปด้วย รวมถึงงานอื่นที่เขาอาจจะเขียนขึ้นในอนาคต[54]

หลังจากนั้นไม่นาน ด้วยความเมตตาของอัสกานีโอ ปิกโกโลมีนี (อาร์ชบิชอปแห่งซีเอนา) กาลิเลโอจึงได้รับอนุญาตให้กลับไปยังบ้านของตนที่อาร์เชตรี ใกล้เมืองฟลอเรนซ์ เขาใช้ชีวิตที่เหลือตลอดชีวิตโดยถูกคุมบริเวณอยู่แต่ในบ้านนี้ ซึ่งในบั้นปลายชีวิตเขาตาบอด กาลิเลโอทุ่มเทเวลาที่เหลือในชีวิตให้กับผลงานอันปราณีตบรรจงชิ้นหนึ่งคือ Two New Sciences โดยรวบรวมผลงานที่เขาได้ทำเอาไว้ตลอดช่วง 40 ปีก่อนหน้า ศาสตร์แขนงใหม่ทั้งสองที่เขาเสนอนี้ในปัจจุบันเรียกกันว่า จลนศาสตร์ (kinematics) และ ความแข็งของวัตถุ (strength of materials) หนังสือเล่มนี้ได้รับยกย่องอย่างสูงยิ่งจากทั้งเซอร์ไอแซก นิวตัน และ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผลสืบเนื่องต่อมาทำให้กาลิเลโอได้รับขนานนามว่า "บิดาแห่งฟิสิกส์ยุคใหม่"

กาลิเลโอเสียชีวิตเมื่อวันที่ 8 มกราคม ค.ศ. 1642 รวมอายุ 77 ปี แฟร์ดีนันโดที่ 2 เด เมดีชี แกรนด์ดยุกแห่งทัสกานี ต้องการฝังร่างของเขาไว้ในอาคารหลักของมหาวิหารซันตาโกรเช ติดกับหลุมศพของบิดาของท่านและบรรพชนอื่น ๆ รวมถึงได้จัดทำศิลาหน้าหลุมศพเพื่อเป็นเกียรติด้วย[55] แต่แผนการนี้ไม่สำเร็จ เนื่องจากถูกสมเด็จพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 และหลานของพระองค์คือพระคาร์ดินัลฟรานเชสโก บาร์เบรินี คัดค้าน[55] เขาจึงต้องฝังร่างอยู่ในห้องเล็ก ๆ ถัดจากโบสถ์น้อยของโนวิซที่ปลายสุดโถงทางเดินทางปีกด้านใต้ของวิหาร[55] ภายหลังเขาได้ย้ายหลุมศพไปไว้ยังอาคารหลักของมหาวิหารในปี ค.ศ. 1737 หลังจากมีการสร้างอนุสาวรีย์ขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา[55]

คำสั่งห้ามการพิมพ์ผลงานของกาลิเลโอได้ยกเลิกไปในปี ค.ศ. 1718 โดยได้มีการอนุญาตตีพิมพ์งานหลายชิ้นของเขา (รวมถึง Dialogue) ในเมืองฟลอเรนซ์[56] ปี ค.ศ. 1741 สมเด็จพระสันตะปาปาเบเนดิกต์ที่ 14 ทรงอนุญาตให้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์ที่สมบูรณ์ของกาลิเลโอได้[57] รวมถึงงานเขียนต้องห้ามชุด Dialogue ด้วย[56] ปี ค.ศ. 1758 งานเขียนต่าง ๆ เกี่ยวกับแนวคิดดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาลซึ่งเคยถูกแบนมาก่อน ได้ถูกยกออกไปเสียจากรายการหนังสือต้องห้าม แต่ยังคงมีการห้ามเป็นพิเศษสำหรับหนังสือ Dialogue และ De Revolutionibus ของโคเปอร์นิคัสอยู่[56] การห้ามปรามงานตีพิมพ์เกี่ยวกับแนวคิดดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาลได้สูญหายไปจนหมดในปี ค.ศ. 18359

ปี ค.ศ. 1939 สมเด็จพระสันตะปาปาปิอุสที่ 12 ได้กล่าวสุนทรพจน์ที่ Pontifical Academy of Sciences หลังจากทรงขึ้นรับตำแหน่งไม่กี่เดือน โดยเอ่ยถึงกาลิเลโอว่าเป็น "วีรบุรุษแห่งงานค้นคว้าวิจัยผู้กล้าหาญที่สุด ... ไม่หวั่นเกรงกับการต่อต้านและการเสี่ยงภัยในการทำงาน ไม่กลัวเกรงต่อความตาย"[58] ที่ปรึกษาคนสนิทของพระองค์ ศาสตราจารย์โรเบิร์ต เลย์เบอร์ เขียนไว้ว่า "สมเด็จปิอุสที่ 12 ทรงระมัดระวังมากที่จะไม่ปิดประตูสำหรับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ พระองค์กระตือรือร้นในเรื่องนี้มาก และทรงเสียพระทัยอย่างยิ่งกับกรณีที่เกิดขึ้นกับกาลิเลโอ"[59]

วันที่ 15 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1990 พระคาร์ดินัลโยเซฟ รัทซิงเงอร์ (ต่อมาเป็นสมเด็จพระสันตะปาปาเบเนดิกต์ที่ 16) กล่าวปาฐกถาที่ซาปีเอนซา มหาวิทยาลัยแห่งโรม โดยทรงให้ความเห็นบางประการต่อคดีกาลิเลโอว่าเป็นกำเนิดของสิ่งที่พระองค์เรียกว่า "กรณีอันน่าเศร้าที่ทำให้เราเห็นถึงความขลาดเขลาในสมัยกลาง ซึ่งวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้แสดงในปัจจุบัน"[60] ทรงอ้างถึงมุมมองของผู้อื่นด้วย เช่นของ พอล เฟเยอร์ราเบนด์ นักปรัชญา ซึ่งกล่าวว่า "ศาสนจักรในยุคของกาลิเลโอถือว่าตนอยู่ใกล้ชิดกับเหตุผลมากกว่ากาลิเลโอ จึงเป็นผู้ทำการพิจารณาด้านศีลธรรมและผลสืบเนื่องทางสังคมที่เกิดจากการสอนของกาลิเลโอด้วย คำตัดสินโทษที่มีต่อกาลิเลโอนั้นมีเหตุผลพอ ยุติธรรม การเปลี่ยนแปลงคำตัดสินจะพิจารณาได้ก็แต่เพียงบนพื้นฐานของการเห็นต่างทางการเมืองเท่านั้น"[60] แต่พระคาร์ดินัลมิได้ให้ความเห็นว่าตนเห็นด้วยหรือไม่กับคำกล่าวนี้ ท่านเพียงแต่กล่าวว่า "การเอ่ยคำขอโทษอย่างหุนหันพลันแล่นต่อมุมมองเช่นนี้คงเป็นความเขลาอย่างมาก"[60]

วันที่ 31 ตุลาคม ค.ศ. 1992 สมเด็จพระสันตะปาปาจอห์น ปอลที่ 2 ทรงแสดงความเสียใจต่อสิ่งที่เกิดขึ้นในคดีกาลิเลโอ และทรงยอมรับอย่างเป็นทางการว่าโลกมิได้ติดแน่นตรึงอยู่กับที่ ตามผลที่ได้จากการศึกษาของ Pontifical Council for Culture[61][62] เดือนมีนาคม ค.ศ. 2008 ทางสำนักวาติกันได้เสนอการกู้คืนชื่อเสียงของกาลิเลโอโดยสร้างอนุสาวรีย์ของเขาเอาไว้ที่กำแพงด้านนอกของวาติกัน[63] เดือนธันวาคมปีเดียวกัน ในกิจกรรมการเฉลิมฉลองครบรอบ 400 ปีการสร้างกล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอ สมเด็จพระสันตะปาปาเบเนดิกต์ที่ 16 ได้ทรงเอ่ยยกย่องคุณูปการของกาลิเลโอที่มีต่อวงการดาราศาสตร์[64]