迄今确认木星有16颗卫星，其中最亮的4颗（木卫一～木卫四）是伽利略在1610年用他自己制造的第一架望远镜发现的，后来这4颗卫星被称为“伽利略”卫星，以纪念他的不朽功绩。
木卫一的直径约3600千米，离木星很近，只有42.2万千米。“旅行者1号”探测器惊奇地发现木卫一至少有8座活火山，其中一座正在猛烈地喷发，火山尘埃和气体等物质以400多米／秒的速度直冲到450千米的高空，火山喷发的强度比地球上大得多。火山口的温度在38～93℃之间，周围地区温度为-162℃。以往在地球之外还从未发现过有活火山的天体，这是首例。木卫一火山喷发非常频繁，正因为如此它的面貌在不断地改变着，它表面的地形一般比较年轻，缺乏古老的陨石坑。空间探测表明，木卫一还具有富含硫的石质表面，没有水；有广阔的平原和起伏不平的山脉，还有峡谷和陡坎。
木卫二是诸木卫中第四大卫星，距木星67万千米。它与完全干燥的木卫一相反，表面几乎被纯冰覆盖着，因而闪闪发亮。表面温度约为-145℃，但在它的下面可能是在潮汐加热作用下，一直流淌着深达100千米的海洋。“旅行者”探测器飞越木卫二上空时，发现木卫二明亮的表面有许多纵横交错像乱麻似的黑色条纹和淡黄色暗区。据分析，那些黑色条纹可能是宽达几千米、深0.1～0.2千米的冰壳裂缝，另一些更宽的冰缝则形成冰湾。那里的环境与地球上的北极颇为相似，因此人们猜测在木卫二的冰壳裂缝的水中可能生长着海藻或其他有机物，因而呈现出褐色的基调。1995年，美国的一个研究小组，利用哈勃空间望远镜的观测资料证实，木卫二有一个含有少量氧气的大气层。据分析，木卫二氧气的产生与生命活动毫不相干。尽管如此，在将来人类大规模探索地外生命的时候仍会把木卫二作为候选目标之一。
木卫三距木星107万千米，是太阳系内最大的卫星，直径约为5300千米，体积大于水星，但略小于火星。木卫三的密度为1.9克／厘米3，由此可推测水在木卫三中占30％～50％。它的表面反射光的能力不强，因此它的表面可能是脏冰和岩石的混合物。其中明亮的部分可能是被流星撞击后从深处翻出来的干净的水。木卫三表面有明显的山脊和峡谷，但没有高山和盆地。它还有一层不太厚的大气，压力小于10-6帕。
木卫四距木星188万千米，是木星的第二大卫星，密度最低，只有1.79克／厘米3。木卫四表面的最大地形特征是存在一些有同心圆环围绕着的大盆地，从盆地可放射出亮光，这说明其表面覆盖着厚冰。木卫四表面有许多撞击坑，没有火山，看不到熔岩，所以表面地质年龄非常古老，可能有40亿年。“旅行者”探测器还发现在面向木星一侧的表面上有25个陨石坑排列成一条直线，可能是分裂后的彗星撞击的结果。由于木卫四表面地势起伏不大，又没有火山活动，是一个比月球还寂静的世界，人类将来可能会在木卫四上建立星际飞船的基地。
正当有人以为木星大概只有以上这4颗卫星的时候，1892年美国天文学家巴纳德发现了木卫五。它呈不规则形状，最长线度为270千米，最短线度只有150千米，是离木星最近的卫星，距离为18万千米，所以不容易被发现。
木星除了规则卫星外，其他11颗为体积很小的不规则卫星，它们的轨道偏心率很大，以致它们的轨道有一部分相互缠在一起；轨道的倾角也都比较大，以致有一些是逆行卫星。