แคโรลิน ชูเมกเกอร์ ยูจีน ชูเมกเกอร์ และเดวิด เลวี ค้นพบดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 โดยบังเอิญเมื่อคืนวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2536 ในภาพถ่ายที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาด 0.4 เมตร ณ หอดูดาวเมาต์พาโลมาร์ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ขณะปฏิบัติการในโครงการค้นหาวัตถุใกล้โลก ขณะนั้นดาวหางดวงนี้ไม่ได้โคจรรอบดวงอาทิตย์แบบดาวหางทั้งหมดที่เคยมีการค้นพบมาก่อนหน้านั้น แต่มันกำลังโคจรรอบดาวพฤหัสบดี

ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 เป็นดาวหางรายคาบ (คาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์น้อยกว่า 200 ปี) ดวงที่ 9 ที่ชูเมกเกอร์กับเลวีเป็นผู้ค้นพบ (สังเกตได้จากชื่อของดาวหาง) อย่างไรก็ตาม ทั้งสามคนยังได้ค้นพบดาวหางร่วมกันอีก 2 ดวงที่ไม่ใช่ดาวหางรายคาบ การค้นพบนี้ได้รับการประกาศในจดหมายข่าวของสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (IAU Circular) ฉบับที่ 5725 เมื่อวันที่ 27 มีนาคม พ.ศ. 2536 ต่อมามีนักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งได้ตรวจสอบภาพถ่ายของตนเอง และพบดาวหางดวงนี้ปรากฏในในภาพถ่ายที่ถ่ายไว้ก่อนหน้านั้น[2]

จากภาพถ่ายแสดงให้เห็นว่าชูเมกเกอร์-เลวี 9 ไม่ใช่ดาวหางปกติธรรมดา มีนิวเคลียสหลายชิ้นทอดยาวเป็นทางประมาณ 50 พิลิปดา กว้าง 10 พิลิปดา ไบรอัน มาร์สเดน ซึ่งเป็นเจ้าหน้าที่ของสำนักงานกลางด้านข่าวโทรเลขดาราศาสตร์ (Central Bureau for Astronomical Telegrams) แสดงความเห็นว่าดาวหางดวงนี้อยู่ห่างจากดาวพฤหัสบดีเพียง 4 องศา เมื่อมองจากโลก ซึ่งแม้ว่าอาจเป็นการบังเอิญที่ดาวหางมาอยู่ในแนวสายตาใกล้เคียงกับดาวพฤหัสบดี แต่การเคลื่อนที่ของดาวหางซึ่งไปในแนวทางเดียวกับดาวพฤหัสบดีทำให้เชื่อว่ามันน่าจะอยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดี [3] จากข้อสังเกตนี้ มาร์สเดนคาดว่าดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 น่าจะแตกออกเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี