El 7 de enero de 1610, el astrónomo italiano Galileo Galilei observó el planeta Júpiter a través de su telescopio casero mejorado de 20 aumentos. Observó otros tres puntos de luz cerca del planeta, creyendo al principio que eran estrellas distantes. Al observarlos durante varias noches, notó que parecían moverse en la dirección equivocada con respecto a las estrellas de fondo y permanecían cerca de Júpiter, pero cambiaban sus posiciones relativas entre sí. Cuatro días después, observó un cuarto punto de luz cerca del planeta con el mismo comportamiento inusual. El 15 de enero, Galileo concluyó correctamente que había descubierto cuatro lunas orbitando alrededor de Júpiter, lo que proporcionó una prueba sólida de la teoría copernicana de que la mayoría de los objetos celestes no giraban alrededor de la Tierra.
En marzo de 1610, Galileo publicó sus descubrimientos de los satélites de Júpiter y otras observaciones celestes en un libro titulado Siderius Nuncius (El mensajero estelar) . Como descubridor, Galileo tenía derecho a nombrar los satélites de Júpiter. Propuso nombrarlos en honor a sus mecenas, los Médici, y los astrónomos los llamaron estrellas mediceas durante gran parte del siglo XVII, aunque en sus propias notas Galileo se refirió a ellos con los números romanos I, II, III y IV, en orden de su distancia a Júpiter. Los astrónomos todavía se refieren a las cuatro lunas como los satélites galileanos en honor a su descubridor.
En 1614, el astrónomo alemán Johannes Kepler sugirió que los satélites llevaran nombres de figuras mitológicas asociadas con Júpiter, a saber, Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, pero su idea no se impuso hasta más de 200 años después. Los científicos no descubrieron más satélites alrededor de Júpiter hasta 1892, cuando el astrónomo estadounidense EE Barnard descubrió la quinta luna de Júpiter, Amaltea, mucho más pequeña que las lunas galileanas y que orbitaba más cerca del planeta que Ío. Fue el último satélite del sistema solar descubierto mediante observación visual; todos los descubrimientos posteriores se produjeron mediante fotografía o imágenes digitales. A día de hoy, los astrónomos han identificado 95 lunas que orbitan alrededor de Júpiter.
Aunque cada uno de los satélites galileanos tiene características únicas, como los volcanes de Ío, la superficie repleta de cráteres de Calisto y el campo magnético de Ganímedes, los científicos han centrado más su atención en Europa debido a la tentadora posibilidad de que pudiera albergar vida. En la década de 1970, las sondas espaciales Pioneer 10 y 11 y Voyager 1 y 2 de la NASA tomaron imágenes cada vez más detalladas de los grandes satélites, incluida Europa, durante sus sobrevuelos de Júpiter. Las fotografías revelaron que Europa tiene la superficie más lisa de todos los objetos del sistema solar, lo que indica una corteza relativamente joven, y también una de las más brillantes de todos los satélites, lo que indica una superficie altamente reflectante. Estas características llevaron a los científicos a plantear la hipótesis de que Europa está cubierta por una corteza helada que flota en un océano salado subterráneo. Postularon además que el calentamiento de las mareas causado por la gravedad de Júpiter reforma la capa de hielo de la superficie en ciclos de fusión y congelación.
