伽利略·伽利莱在1609年使用他自制的望远镜进行了开创性的天文观测。他首先观察的是 月球，并发现了月球表面的凹凸不平。伽利略绘制了第一幅月面图，详细记录了月球上的山脉、撞击坑和平原。这些发现对当时的天文学观念产生了重大影响，推翻了之前认为月球是完全光滑的观点。

除了月球，伽利略还利用望远镜观测了太阳黑子、木星的四个最大卫星（Io、Europa、Ganymede和Callisto）以及银河。这些观测结果不仅丰富了人类对宇宙的认识，而且为日心说和行星运动理论提供了重要支持。

伽利略的望远镜改进了原始望远镜的粗糙设计，显著提高了分辨率，使他能够观察到更细微的天文现象。他的观测成果发表在《星空信使》一书中，这本书详细描述了通过望远镜看到的天体，颠覆了当时教会宣扬的观点。