Một số tàu thám hiểm khi bay qua Sao Mộc hoặc trở thành vệ tinh nhân tạo của Sao Mộc đã khám phá rất nhiều chi tiết về Ganymede. Những tàu thăm dò đầu tiên quan sát Sao Mộc là Pioneer 10 và Pioneer 11[16], chúng không cung cấp nhiều thông tin về vệ tinh này[67]. Tiếp theo đó là Voyager 1 và Voyager 2, bay qua Ganymede vào năm 1979. Chúng đã xác định lại kích thước của Ganymede. Những tính toán mới cho thấy Ganymede lớn hơn vệ tinh Titan của Sao Thổ và là vệ tinh lớn nhất trong hệ Mặt Trời[68]. Đồng thời chúng cũng quan sát được bề mặt nhiều vết xẻ của Ganymede[69].

Năm 1995, tàu thám hiểm Galileo bay vào quỹ đạo xung quanh Sao Mộc và trong khoảng thời gian từ năm 1996 đến năm 2000 đã thực hiện 6 lần bay qua Ganymede[19]. Những lần này được đánh mã hiệu là G1, G2, G7, G8, G28 và G29[12]. Trong lần bay ngang qua Ganymede với khoảng cách gần nhất, tàu Galileo cách bề mặt Sao Mộc 264 km[12]. Trong lần bay đầu tiên G1 năm 1996, người ta đã phát hiện được từ trường của Ganymede[70]. Trong lần thám hiểm năm 2001, người ta cũng công bố phát hiện ra biển trên Ganymede[12][19]. Tàu Galileo đã chuyển về Trái Đất một lượng lớn những bức ảnh quang phổ của Ganymede và phát hiện thấy những hợp chất không phải là băng trên bề mặt của vệ tinh[28]. Gần đây nhất,[khi nào?] tàu thám hiểm New Horizons đã bay qua Ganymede trên đường bay tới Sao Diêm Vương. New Horizons đã thực hiện chụp bề mặt và vẽ bản đồ cấu tạo của Ganymede khi nó bay qua[71][72].

Trong tương lai, một dự án mang tên Europa Jupiter System Mission (EJSM) (dự án nghiên cứu Sao Mộc và các vệ tinh, chủ yếu là Europa)[73] liên kết giữa 2 trung tâm khoa học vũ trụ NASA và ESA có thể được thực hiện vào năm 2020. Vào tháng 2/2009, 2 trung tâm này đã xác định đây là mục tiêu quan trọng có mức ưu tiên cao hơn dự án Titan Saturn System Mission (dự án khám phá vệ tinh Titan của Sao Thổ). Mặc dù vậy, đóng góp của phía ESA vẫn đang bị đặt dấu hỏi do vấn đề tài chính[74]. Dự án này có thể gồm một vệ tinh bay quanh Sao Mộc của ESA, một vệ tinh bay quanh Europa của NASA và một vệ tinh nghiên cứu từ trường Sao Mộc của JAXA.

Một dự án khác đã bị hủy bỏ là Jupiter Icy Moons Orbiter (tạm dịch là vệ tinh thám hiểm các Mặt trăng băng của Sao Mộc). Dự án này dự định sẽ sử dụng năng lượng hạt nhân và sẽ nghiên cứu Ganymede một cách chi tiết[75]. Tuy nhiên do thiếu kinh phí, dự án đã bị hủy bỏ năm 2005[76]. Một dự án cũ khác cũng đã bị hủy là Grandeur of Ganymede[38].