Ο πατέρας του Βιντσέντζο Γκαλιλέι ήταν μουσικός που η αυθεντικότητα του και το ταλέντο του στην πολεμική υποδαύλισαν μιαν επανάσταση που ένωσε πράξη και θεωρία στη μουσική, κατά τον ίδιο τρόπο που ο Γαλιλαίος έμελλε να τις ενώσει στην επιστήμη. Η μητέρα του ήταν η Τζούλια Αμανάτι.
Ο Γαλιλαίος ήταν το μεγαλύτερο από εφτά παιδιά. Η οικογένεια έμενε στην Πίζα έως ότου έγινε δέκα χρόνων περίπου και στη συνέχεια μετακόμισαν στη Φλωρεντία.
Ο πατέρας του ήθελε να σπουδάσει γιατρός και τον έφερε πίσω στη Φλωρεντία, όπου ο Γαλιλαίος συνέχισε τις σπουδές του με τους μοναχούς του Καμαλντολέζε. αν και τώρα πια όχι ως επίδοξο μέλος του τάγματος, έως ότου εγγράφηκε στο Πανεπιστήμιο της Πίζας το 1581.
Τον ίδιο καιρό περίπου ιδρύθηκε στη Φλωρεντία μια άτυπη ακαδημία ονόματι Καμεράτα, η οποία δραστηριοποιήθηκε στη φιλολογική, καλλιτεχνική και ειδικότερα τη μουσική ζωή της πόλης, και τράβηξε την προσοχή του πατέρα του Γαλιλαίου. Έχοντας σπουδάσει, λίγα χρόνια νωρίτερα, θεωρία της μουσικής στη Βενετία υπό τον Τζοζέφο Τζαρλίνο. ο Βιντσέντζο ενδιαφέρθηκε για την αναβίωση των κλασικών ελληνικών μουσικών μορφών ως αντίδοτο στην υπερ-περικομψη φωνητική πολυφωνία του καιρού του. καθώς και για τα ζητήματα που αφορούσαν την οργανική μουσική σε σχέση με μια και μόνη φωνή. Αυτές οι εργασίες του που συζητήθηκαν στην Καμεράτα, κατέληξαν σε οξύτατη διαμάχη μεταξύ του Βιντσέντζο και του Τζαρλίνο για τη μουσική θεωρία, η οποία είχε γίνει τόσο αφηρημένα μαθηματική που καθυστερούσε την καινοτομία.
