Der Film basiert auf Dava Sobel's Bestseller "Galileo's Tochter", der die menschliche Seite des berühmten Wissenschaftlers beleuchtet. Simon Callow, bekannt aus "Vier Hochzeiten und ein Todesfall" und "Shakespeare in Love", spielt die Rolle des Galileo. Internationale Experten (Owen Gingerich / Harvard University, Ingrid Rowland / American Academy of Rome, Albert van Helden / Universität Utrecht) geben ihre Sicht zu Schlüsselmomenten in Galileos Leben wieder.

Galileo's Weg als junger Professor an die Universität Padua. Er entwickelt das Teleskop. Damit entdeckt er die vier Jupitermonde, die er den Medici in Florenz widmet. Diese berufen ihn zurück nach Florenz. Doch das politische Klima ist nicht so frei wie in Venetien. Die römische Inquisition unter dem gefürchteten Kardinal Bellarmin fordert Galileo auf, die verbotene Theorie des Kopernikus nicht weiter zu vertreten.

Der harte Klosteralltag von Galileo's Tochter Marie Celeste. Mit der Ernennung von Urban VIII zum Papst schöpft Galileo Hoffnung, sein alter Freund könnte ihn vor der Inquisition schützen. Eine weitere kosmologische Entdeckung: die Sonnenflecken, magnetische Stürme auf der Oberfläche der Sonne.
1632 muss sich Galileo in Rom vor dem Inquisitionstribunal für sein Werk "Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme" verantworten. Sein Buch wird verboten, er selbst unter Hausarrest gestellt. Galileo widmet sich in den letzten Lebensjahren der mechanischen Physik mit der Beschreibung und Experimenten zu den Fallgesetzen.