Sao Thổ có lẽ được biết đến nhiều nhất với hệ thống vành đai hành tinh khiến nó có hình ảnh nổi bật nhất.[32] Galileo Galilei được cho là người đầu tiên quan sát thấy vành đai này năm 1610 nhưng không thể nhận rõ nó.[74] Hơn 40 năm sau, Christiaan Huygens là người đầu tiên mô tả rằng vật thể này là vành đai.[75] Vành này mở rộng từ 6.630 km đến 120.700 km bên trên xích đạo của Sao Thổ, với độ dày trung bình bằng 20 mét và chứa tới 93% băng nước, một ít tholin và 7% cacbon vô định hình.[76] Những hạt trong vành đai có kích thước từ những hạt bụi nhỏ cho tới những tảng băng lớn 10 m.[77] Những hành tinh khí khổng lồ khác cũng có hệ thống vành đai, hệ thống của Sao Thổ là lớn nhất và nhìn rõ nhất. Có hai giả thuyết chính về nguồn gốc của vành đai này. Một là những phần còn lại của một vệ tinh tự nhiên của Sao Thổ đã bị phá hủy. Giả thuyết thứ hai đó là những vật liệu còn lại từ tinh vân lúc hình thành Hệ Mặt Trời còn sót lại khi Sao Thổ hình thành. Một số băng nước trong vành đai xuất phát từ những mạch phun của vệ tinh Enceladus.[78] Trong quá khứ, các nhà thiên văn nghĩ rằng những vành đai này hình thành cùng với hành tinh hàng tỷ năm trước.[79] Thay vì vậy, gần đây người ta đã xác định được tuổi của những vành đai này chỉ khoảng vài trăm triệu năm tuổi.[80]

Xa bên ngoài vành đai ở khoảng cách 12 triệu km tính từ hành tinh đó là vành đai Phoebe, nghiêng một góc 27° so với vành đai lớn, và giống như vệ tinh Phoebe, vành đai này quay nghịch hành trên quỹ đạo.[81] Một số vệ tinh của Sao Thổ, bao gồm Pandora và Prometheus, hoạt động như những vệ tinh chăn dắt điều khiển sự phân bố của các hạt băng nước trong vành đai và tạo nên những khoảng trống giữa các vành đai.[82] Pan và Atlas gây ra những sóng mật độ tuyến tính yếu trong vành đai Sao Thổ, cho phép các nhà khoa học tính toán ra được khối lượng của hai vệ tinh nhỏ này.[83]