Ganymede quay xung quanh Sao Mộc với khoảng cách trung bình là 1.070.400 km và là vệ tinh thứ 3 trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc.[9] Nó quay một vòng hết 7 ngày và 3 giờ. Giống như hầu hết các vệ tinh, Ganymede luôn quay một mặt về phía Sao Mộc.[19] Quỹ đạo của Ganymede rất tròn với độ dẹt gần bằng 0. Mặt phẳng quỹ đạo hơi nghiêng một chút so với đường xích đạo của Sao Mộc. Độ dẹt và độ nghiêng nói trên thay đổi gần như có chu kỳ (cỡ khoảng vài trăm năm) do sự nhiễu loạn hấp dẫn từ Mặt Trời và các thiên thể khác. Khoảng thay đổi của độ dẹt là cỡ 0,0009–0,0022 trong khi khoảng thay đổi góc nghiêng cỡ 0,05–0,32°[20]. Góc nghiêng giữa trục của vệ tinh và pháp tuyến mặt phẳng quỹ đạo do đó cũng thay đổi từ 0 đến 0,33°[3].

Ganymede tham gia vào một hệ quỹ đạo cộng hưởng đặc biệt với Europa, và Io: mỗi vòng quay của Ganymede tương ứng với 2 vòng quay của Europa và 4 vòng quay của Io[20][21]. Thời điểm Io và Europa nằm trên cùng một bán kính vẽ từ tâm Sao Mộc, Io nằm ở cận điểm của quỹ đạo và Europa nằm tại viễn điểm. Khi Europa và Ganymede ở vị trí tương tự, Europa nằm ở cận điểm của quỹ đạo[20]. Đặc biệt có khả năng 3 vệ tinh này nằm thẳng hàng với tâm của Sao Mộc. Hệ quỹ đạo cộng hưởng như vậy là đặc biệt và duy nhất trong hệ Mặt Trời. Nó được gọi là cộng hưởng Laplace[22].

Hiệu ứng cộng hưởng Laplace hiện tại khiến cho độ dẹt quỹ đạo của Ganymede không thể đạt giá trị cao hơn[22]. Độ dẹt hiện nay, vào khoảng 0,0013, là kết quả sót lại của một quá trình tăng độ dẹt quỹ đạo trong quá khứ[21]. Sau đó, độ dẹt của Ganymede có thể đã giảm dần do hiện tượng hao mòn năng lượng trong lõi của Ganymede[22]. Với độ dẹt quỹ đạo nhỏ như vậy[21], sự thay đổi lực hấp dẫn của Sao Mộc lên Ganymede là rất nhỏ[22]. Sự thay đổi này không đủ để làm biến dạng Ganymede ở một mức độ tương đối, và vì thế nhiệt sinh ra do sự biến dạng của nó cũng là không đáng kể. Trong quá khứ, có thể các vệ tinh Ganymede, Europa và Io đã trải qua những thời kì mà quỹ đạo của chúng chỉ gần như cộng hưởng Laplace thôi[j]. Điều này khiến quỹ đạo của Ganymede tương đối dẹt hơn hiện tại, cỡ khoảng 0,01 đến 0,02[2][22]. Nhiệt lượng sinh ra do biến dạng của Ganymede vì thế cũng lớn hơn. Nhiệt lượng này có thể là nguyên nhân sinh ra bề mặt nhiều đường rãnh của Ganymde[2][22].

Quá trình hình thành nên cộng hưởng Laplace của 3 vệ tinh Io, Europa và Ganymede hiện nay vẫn là một bí ẩn. Có 2 giả thuyết được đưa ra: giả thuyết thứ nhất là hệ cộng hưởng như vậy đã được hình thành ngay từ lúc ban đầu của hệ Mặt Trời[23]. Giả thuyết thứ hai là hệ cộng hưởng được hình thành sau một quá trình thay đổi quỹ đạo sau đó. Quá trình đó có thể diễn giải như sau: Io tăng dần bán kính quỹ đạo của nó với Sao Mộc cho đến khi nó hình thành cộng hưởng 2: 1 với Europa. Sau đó quá trình này vẫn tiếp tục nhưng một phần của mômen quay được chuyển sang cho Europa. Đến lượt Europa tăng dần bán kính quỹ đạo đến khi hình thành cộng hưởng 2: 1 với Ganymede[22]. Cuối cùng, tốc độ dịch chuyển các điểm giao hội của 3 vệ tinh được đồng bộ hóa và bị khóa lại trong cộng hưởng Laplace[22].