Sao Mộc là hành tinh duy nhất có khối tâm với Mặt Trời nằm bên ngoài thể tích của Mặt Trời, tuy chỉ chưa tới 7% bán kính Mặt Trời.[69] Khoảng cách trung bình giữa Sao Mộc và Mặt Trời là 778 triệu km (bằng 5,2 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời, hoặc 5,2 AU) và nó hoàn thành một vòng quỹ đạo bằng 11,86 năm Trái Đất. Giá trị này bằng 2/5 chu kỳ quỹ đạo của Sao Thổ, và tạo thành giá trị cộng hưởng quỹ đạo 5:2 giữa hai hành tinh lớn nhất trong hệ Mặt Trời.[70] Mặt phẳng quỹ đạo elip của Sao Mộc nghiêng 1,31° so với mặt phẳng hoàng đạo. Bởi vì độ lệch tâm quỹ đạo bằng 0,048, khoảng cách từ Sao Mộc đến Mặt Trời thay đổi khoảng 75 triệu km giữa điểm cận nhật và điểm viễn nhật, hay là điểm gần nhất và xa nhất của hành tinh trên quỹ đạo.

Độ nghiêng trục quay của Sao Mộc tương đối nhỏ; chỉ 3,13°. Kết quả là hành tinh không có sự thay đổi lớn của các mùa, ngược lại so với Trái Đất và Sao Hỏa.[71]

Tốc độ tự quay của Mộc Tinh là lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, hoàn thành một vòng quay quanh trục của nó chỉ hết ít hơn 10 giờ; mômen động lượng lớn cũng tạo ra chỗ phình xích đạo mà có thể dễ nhìn từ Trái Đất qua các kính thiên văn nghiệp dư. Hành tinh có dạng hình phỏng cầu, đường kính tại xích đạo của nó lớn hơn đường kính giữa hai cực. Đối với Sao Mộc, đường kính xích đạo lớn hơn đường kính giữa hai cực khoảng 9275 km.[43]

Bởi vì Sao Mộc không phải là vật thể rắn, tầng thượng quyển của nó chịu sự quay vi sai (differential rotation). Tốc độ tự quay của Mộc Tinh của khí quyển tại hai cực lâu hơn khoảng 5 phút so với của khí quyển tại vùng xích đạo. Các nhà khoa học sử dụng ba hệ thống quy chiếu nhằm vẽ các đặc điểm chuyển động trong khí quyển Sao Mộc. Hệ I áp dụng cho những vùng có vĩ độ từ 10° Bắc đến 10° Nam; đây là vùng có chu kỳ quay ngắn nhất, khoảng 9h 50m 30,0s. Hệ II áp dụng cho mọi vĩ độ bắc và nam ngoài vùng I; chu kỳ của nó bằng 9h 55m 40,6s. Hệ III được xác định đầu tiên bởi các nhà thiên văn vô tuyến, tương ứng với sự tự quay quanh trục của từ quyển hành tinh; các nhà thiên văn học coi nó là chu kỳ tự quay chính thức của Sao Mộc.[72]