1564年 2月 15日，伽利略出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生，但是到了他的父亲伽利略·凡山杜这一代，家境日渐败落。凡山杜是个很有才华的作曲家，生前出版过几本牧歌和器乐作品，他的数学也很好，精通希腊文和拉丁文，但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮，他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。
     大约在小伽利略出生不久，凡山杜在离比萨城不远的佛罗伦萨开了一间卖毛织品的小铺子，这完全是不得已的办法。但是为了维持一家人的生活，凡山杜只好违背自己的意愿去经商。小伽利略是凡山杜的长子，父亲对儿子寄予很大希望。他发现，小伽利略非常聪明，从小对什么事物都充满强烈的好奇心，不仅如此，这个孩子心灵手巧，他似乎永远闲不住，不是画图画，就是弹琴，而且时常给弟弟妹妹做许多灵巧的机动玩具，玩得十分开心。
     凡山杜对这一切都看在眼里，有一次，他对妻子说：“伽利略似乎对什么都有兴趣，将来他干什么合适呢？”“是呀，他很有音乐才能，也许可以把他培养成一个音乐家，像您一样……”妻子说。凡山杜皱着眉摇摇头，说：“不，我已经吃够了搞音乐的苦头，不能让孩子走这条路！”妻子迷惑不解地望着丈夫，小心翼翼地问：“那么，你的意思是……”凡山杜胸有成竹地说：“我要把他培养成一个杰出的医生，就像我们的祖辈那样，受人尊敬，有优厚的收入，能给我们家庭带来荣誉、地位和金钱……”妻子看着丈夫激动的神情，知道这是凡山杜考虑了很久的念头，她没有反驳，只是叹了口气说：“但愿如此，也许这孩子不会辜负您的期望……”小伽利略最初进了佛伦勃罗萨修道院的学校。在这所学校，他专心学习哲学和宗教，有段时间，小伽利略很想将来当一个献身教会的传教士。但是凡山杜听到这个情况后，立即把儿子带回家，他劝说伽利略去学医，这是他为儿子的未来早已设计好的一条路。
     17岁那年，伽利略进了著名的比萨大学，按照父亲的意愿，他当了医科学生。比萨大学是所古老的大学，学校图书馆藏书丰富，这很合伽利略的心意，但是伽利略对医学并没有多大兴趣，他很少上课，一上课就对教授们教课的内容提出这样那样的疑问，使教授们难于回答，在教授们的眼里，伽利略是个很不招人喜欢的坏学生。不过，伽利略只是兴趣不在医学，他孜孜不倦地学习数学、物理学等自然科学，并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。