Tham khảo Thánh Vịnh 93:1, Thánh Vịnh 96:10, và 1 Sử biên niên 16:30 trong Kinh Thánh Kitô giáo Tây phương (dựa trên bản dịch của Nhóm Phiên dịch Các giờ kinh Phụng vụ) có đoạn nói rằng: "Chúa thiết lập Địa Cầu, Địa Cầu không lay chuyển". Cũng trong đoạn Thánh Vịnh 104:5 nói, "Chúa lập Địa Cầu trên nền vững, không chuyển lay muôn thuở muôn đời!". Hơn nữa, Sách Giảng viên 1:5 viết rằng: "Mặt trời mọc rồi lặn; mặt trời vội vã ngả xuống nơi nó đã mọc lên" v.v..[93]

Galileo đã bảo vệ thuyết nhật tâm, và tuyên bố rằng nó không trái ngược với các đoạn Kinh Thánh đó. Ông lấy quan điểm của Augustinô về Kinh Thánh: không hiểu mọi đoạn theo nghĩa đen, đặc biệt khi Kinh Thánh bị nghi ngờ là cuốn sách về thơ và các bài hát, chứ không phải là một cuốn sách chỉ dẫn hay lịch sử. Những người viết Kinh Thánh đã viết từ quan điểm của thế giới Trái Đất, và từ quan điểm đó mặt trời mọc và lặn. Tuy nhiên Galileo đã công khai đặt nghi vấn sự đáng tin cậy trong đoạn Sách Giôsua 10:13 nói: "Mặt Trời liền dừng lại, Mặt Trăng lập tức đứng lại, cho đến khi dân đã trị tội các địch thù", có nghĩa là Mặt Trời và Mặt Trăng đã bị ra lệnh ngừng chuyển động để cho phép người Israel giành chiến thắng.

Tới năm 1616 những cuộc tấn công vào Galileo đã lên tới đỉnh điểm, và ông tới Roma để tìm cách thuyết phục Giáo hội không ngăn cấm các ý tưởng của ông. Cuối cùng, hồng y Bellarmino, theo các chỉ thị của Toà án dị giáo, ra lệnh cho ông "không tin hay bảo vệ" ý tưởng rằng Trái Đất di chuyển và Mặt Trời đứng yên ở trung tâm. Chỉ thị không ngăn cản Galileo thảo luận các lý thuyết nhật tâm (vì thế duy trì một sự chia rẽ bên ngoài giữa khoa học và giáo hội). Trong nhiều năm tiếp theo Galileo đứng ngoài cuộc tranh cãi. Ông tiếp tục dự án của mình khi viết một cuốn sách về chủ đề này, được khuyến khích bởi sự lên ngôi của hồng y Barberini khi ông trở thành Giáo hoàng Urbanô VIII năm 1623. Barberini là một người bạn và là người hâm mộ Galileo, và đã phản đối cuộc kết án Galileo năm 1616. Cuốn sách, Đối thoại về Hai Hệ thống Thế giới Chính, được xuất bản năm 1632, với sự cho phép chính thức của Toà án dị giáo và Giáo hoàng.

Đích thân Giáo hoàng Urbanô VIII yêu cầu Galileo đưa ra những lý lẽ ủng hộ và chống thuyết nhật tâm trong cuốn sách, và cẩn thận không ủng hộ thuyết nhật tâm. Ông lại có một yêu cầu khác, rằng các quan điểm của riêng mình về vấn đề sẽ được đưa vào trong cuốn sách của Galileo. Chỉ yêu cầu sau cùng này được Galileo thực hiện. Không biết vô tình hay hữu ý, Simplicio, người bảo vệ quan điểm Địa tâm của Aristoteles trong Đối thoại về Hai Hệ thống Thế giới Chính, thường tự mắc vào các lỗi của chính mình và thỉnh thoảng có vẻ như một người thiểu năng. Điều này khiến Đối thoại về Hai Hệ thống Thế giới Chính có vẻ là một cuốn sách cổ vũ; một cuộc tấn công vào hệ địa tâm của Aristoteles và bảo vệ lý thuyết của Kopernik. Nguy hại hơn, Galileo đã đặt các lời lẽ của Giáo hoàng Urbanô VIII vào miệng Simplicio. Đa số các nhà sử học đồng ý rằng Galileo hành động một cách không chủ ý và bị cô lập trước phản ứng với cuốn sách của mình.[94] Tuy nhiên, Giáo hoàng không xem nhẹ sự nhạo báng bị nghi ngờ đó. Galileo đã mất một trong những người ủng hộ lớn và quyền uy nhất của mình, và bị gọi tới Rôma để bảo vệ những điều ông đã viết.

Với việc để mất nhiều người ủng hộ tại Rôma vì cuốn Đối thoại về Hai Hệ thống Thế giới Chính, Galileo bị gọi ra trước toà vì nghi ngờ dị giáo năm 1633. Phán quyết của Toà án dị giáo nằm trong ba phần chính:

• Galileo bị xác định "rất nghi ngờ về dị giáo", nói rõ là đã tin vào các ý kiến rằng Mặt Trời nằm im ở trung tâm vũ trụ, rằng Trái Đất không phải trung tâm vũ trụ và chuyển động, rằng một người có thể tin vào và bảo vệ một ý kiến coi nó là đúng sau khi nó đã bị tuyên bố là trái ngược với Kinh Thánh linh thiêng. Ông bị yêu cầu "từ bỏ, nguyền rủa và ghê tởm" các ý kiến đó.[95]
• Ông bị ra lệnh bỏ tù; phán quyết này sau đó được đổi thành quản thúc tại gia.
• Cuốn Đối thoại của ông bị cấm; và trong một hành động không được công bố tại phiên xử, việc xuất bản mọi tác phẩm của ông bị cấm, gồm cả những tác phẩm ông có thể viết trong tương lai.[96]

Theo truyền thuyết dân gian, sau khi công khai từ bỏ lý thuyết của ông rằng Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Galileo được cho là đã thì thầm câu mang tính chống đối sau: Dù sao nó vẫn chuyển động, nhưng không có bằng chứng rằng thực tế ông đã nói câu đó hay một thứ gì khác như thế. Lời kể đầu tiên về việc này xuất hiện một thế kỷ sau khi ông mất.[97]

Sau một giai đoạn thân thiết với Ascanio Piccolomini (Tổng giám mục Siena), Galileo được cho phép quay trở lại ngôi nhà của ông tại Arcetri gần Firenze, nơi ông sống nốt phần đời trong tình trạng bị quản thúc, và nơi ông cuối cùng bị mù hoàn toàn. Chính khi bị quản thúc Galileo đã dành trọn thời gian cho một trong những tác phẩm tốt nhất của ông, Hai Khoa học Mới. Ở đây ông đã tóm tắt công việc mà mình đã làm trong khoảng bốn mươi năm, về hai khoa học hiện được gọi là động học và sức bền vật liệu. Cuốn sách này nhận được sự đánh giá cao từ Albert Einstein.[98] Nhờ tác phẩm này, Galileo thường được gọi là "người cha của vật lý hiện đại".

Galileo mất ngày 8 tháng 1 năm 1642 ở tuổi 77. Đại Công tước Toscana, Ferdinando II, muốn chôn cất ông trong tòa nhà chính của Vương cung thánh đường Santa Croce di Firenze, gần lăng mộ của cha ông và các tổ tiên khác, và dựng một lăng mộ bằng đá hoa để vinh danh ông.[99] Tuy nhiên, các kế hoạch này đã bị loại bỏ, sau khi Giáo hoàng Urbanô VIII và cháu của mình hồng y Francesco Barberini phản đối.[100] Thay vào đó ông được chôn cất trong một căn phòng nhỏ bên cạnh nhà nguyện của những tu sĩ mới ngay cuối một hành lang từ gian bên phía nam của vương cung thánh đường tới phòng để đồ thờ.[101] Ông được chôn lại trong phòng chính của vương cung thánh đường năm 1737 sau khi một đài kỷ niệm đã được dựng ở đó để vinh danh ông.[102]

Lệnh cấm in lại các tác phẩm của Galileo của Toà án dị dáo được dỡ bỏ năm 1718 khi có giấy phép cho phép xuất bản các tác phẩm của ông (ngoại trừ cuốn Đối thoại đã bị lên án) tại Firenze.[103] Năm 1741 Giáo hoàng Biển Đức XIV cho phép xuất bản một bộ hoàn chỉnh các tác phẩm khoa học của Galileo[104] gồm một phiên bản không bị kiểm duyệt nhiều của Đối thoại.[105] Năm 1758 lệnh cấm chung với các tác phẩm ủng hộ thuyết nhật tâm của ông bị dỡ bỏ trong Danh mục sách cấm xuất bản, dù lệnh cấm rõ ràng về các phiên bản chưa được kiểm duyệt của cuốn Đối thoại và cuốn Về chuyển động quay của Kopernik vẫn còn lại.[106] Tất cả dấu vết về sự phản đối chính thức với hệ nhật tâm của Giáo hội biến mất năm 1835 khi các tác phẩm này cuối cùng được loại khỏi danh mục.[107]

Năm 1939, trong bài nói chuyện đầu tiên trước Viện hàn lâm Khoa học Giáo hoàng được một vài tháng sau khi được bầu lên vị trí Giáo hoàng, Giáo hoàng Piô XII đã miêu tả Galileo là một trong số "các anh hùng táo bạo nhất trong nghiên cứu ... không sợ hãi trước những trở ngại và nguy hiểm khi thực hiện công việc, cũng không mù quáng tuân theo những vĩ nhân thời trước"[108] Cố vấn thân cận của ông trong 40 năm, Giáo sư Robert Leiber đã viết: "Piô XII đã rất cẩn thận để không đóng bất kỳ cánh cửa nào một cách vội vã (với khoa học). Ông là người nhiệt tâm về vấn đề này và đã hối tiếc về nó trường hợp của Galileo."[109]

Ngày 15 tháng 2 năm 1990, trong một bài phát biểu tại Đại học Sapienza Roma,[110] Hồng y Ratzinger (sau này trở thành Giáo hoàng Biển Đức XVI) đã dẫn ra một số quan điểm hiện tại về vụ Galileo như nguyên nhân hình thành cái mà ông gọi là "một trường hợp có tính triệu chứng cho phép chúng ta thấy sự tự nghi ngờ của thời đại hiện đại, của khoa học và công nghệ ngày nay đi sâu tới mức nào."[111] Một số quan điểm ông trích dẫn là các quan điểm của nhà triết học Paul Feyerabend, người mà ông cho rằng đã nói "Giáo hội ở thời điểm của Galileo tuân theo lý lẽ mạnh hơn chính Galileo, và giáo hội cũng xem xét các hậu quả đạo đức và xã hội của các bài giảng của Galileo. Tuyên bố của giáo hội chống lại Galileo là dựa trên lý trí và chính xác và việc xem xét lại phán quyết đó chỉ công bằng khi dựa trên nền tảng của thời điểm chính trị."[111] Hồng y không nói rõ liệu ông đồng ý hay không đồng ý với các ý kiến của Feyerabend. Tuy nhiên, ông đã nói: "Sẽ là điên rồ khi thực hiện một lời xin lỗi bốc đồng trên cơ sở của những quan điểm đó".[111]

Ngày 30 tháng 11 năm 1992, Giáo hoàng Gioan Phaolô II đã thể hiện sự hối tiếc về cách vụ Galileo được phán xét, và chính thức công nhận rằng Trái Đất không đứng yên, như kết quả của một cuộc nghiên cứu do Viện Văn hoá Giáo hoàng tiến hành.[112][113] Tháng 3 năm 2008, Vatican đề nghị hoàn thành việc phục hồi cho Galileo bằng cách dựng một bức tượng ông bên trong những bức tường thành Vatican.[114] Tháng 12 cùng năm, trong các sự kiện kỷ niệm lần thứ 400 những quan sát thiên văn bằng kính viễn vọng sớm nhất của Galileo, Giáo hoàng Biển Đức XVI đã ca ngợi những đóng góp của ông cho thiên văn học.[115]