การศึกษาวงโคจรของดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 ในเวลาต่อมา เผยให้เห็นอย่างชัดเจนว่าดาวหางดวงนี้กำลังโคจรรอบดาวพฤหัสบดีด้วยคาบประมาณ 2 ปี จุดที่ห่างจากดาวพฤหัสบดีมากที่สุดอยู่ห่างเป็นระยะทาง 0.33 หน่วยดาราศาสตร์ (AU) (ประมาณ 49.4 ล้านกิโลเมตร) และค่าความเยื้องศูนย์กลาง (eccentricity) ของวงโคจรมีค่าสูงมาก (ประมาณ 0.9986)

จากการศึกษาตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของดาวหางในขณะนั้น สามารถย้อนกลับไปในอดีต พบว่าดาวหางน่าจะโคจรรอบดาวพฤหัสบดีมาเป็นเวลานานพอสมควรแล้ว โดยถูกจับไว้ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 หรือกลางทศวรรษ 1960[4] แต่ไม่มีการค้นพบภาพถ่ายในคลังภาพที่ถ่ายไว้ก่อนเดือนมีนาคม 2536 ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 อาจเคยเป็นดาวหางคาบสั้นมาก่อน วงโคจรของดาวหางมีจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดอยู่ในแถบดาวเคราะห์น้อยหลัก ขณะที่จุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดอยู่ภายในวงโคจรของดาวพฤหัสบดี[5]

พื้นที่ในอวกาศที่วัตถุหนึ่งจะถือได้ว่าโคจรรอบดาวพฤหัสบดีนิยามโดยทรงกลมฮิลล์ (Hill sphere) (หรือทรงกลมรอช - Roche sphere) เมื่อดาวหางโคจรเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดี มันเข้าไปอยู่ในทรงกลมฮิลล์ แรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีดึงดูดดาวหางเข้าไปหามัน การเคลื่อนที่ของดาวหางที่ค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับดาวพฤหัสบดีทำให้ดาวหางเกือบจะตรงเข้าหาดาวพฤหัสบดีในทันที และเป็นสาเหตุทำให้ดาวหางมีวงโคจรที่มีความรีสูงมาก

ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 โคจรเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดีมากที่สุดเมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2535 ด้วยระยะห่างเพียง 40,000 กิโลเมตร เหนือบรรยากาศดาวพฤหัสบดี ใกล้กว่าวงโคจรของเมทิส ดวงจันทร์บริวารดวงที่อยู่ใกล้ดาวพฤหสบดีมากที่สุด และอยู่ภายใต้ขีดจำกัดของรอช ซึ่งแรงไทดัลมีความรุนแรงมากพอจะฉีกมันออกเป็นเสี่ยง ๆ ชิ้นส่วนของดาวหางได้รับการตั้งชื่อเรียงตามตัวอักษร จาก A ถึง W ซึ่งเป็นไปตามธรรมเนียมการตั้งชื่อชิ้นส่วนดาวหางดวงเดียวกันที่แตกออกเป็นหลายชิ้น

เหตุการณ์ที่น่าตื่นเต้นสำหรับนักดาราศาสตร์ก็คือผลการพยากรณ์ตำแหน่งดาวหางที่พบว่าดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 อาจเข้าไปภายในระยะ 45,000 กิโลเมตรจากศูนย์กลางดาวพฤหัสบดีซึ่งใกล้กว่ารัศมีของดาว หมายความว่ามีโอกาสสูงมากที่ดาวหางจะพุ่งเข้าชนดาวพฤหัสบดีในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2537 โดยการชนเกิดขึ้นทีละชิ้น นับตั้งแต่ชิ้นแรกถึงชิ้นสุดท้ายรวมเป็นเวลานานประมาณ 5 วัน