После отречения Галилея приговорили к пожизненному тюремному заключению, но великий герцог Фердинанд Медичи сумел добиться замены заключения на пожизненный домашний арест. Ученый вернулся в Тосканское посольство, и когда все бюрократические процедуры закончились – ему разрешили поселиться на одной из вилл Медичи около Флоренции. Ему были запрещены частные визиты и въезд во все крупные города. Через несколько месяцев, по его просьбе, Галилею разрешили снова поселиться в поселке Арчетри в своем прежнем доме. Пока ученый еще мог работать, он продолжал свои эксперименты. Рассказывают любопытную историю: суд приговорил его пожизненно каждый день 700 раз читать молитву: «Аве Мария». Тогда Галилей попросил дочь: «Мария Челесте, читай, пожалуйста, “Аве Мария” за меня, мне некогда – нужно заниматься экспериментами».

Так ученый и прожил последние восемь лет жизни в Арчетри под постоянным надзором инквизиции и угрозой перевода его в тюрьму при малейшем нарушении правил. Под конец жизни Галилей почти ослеп, тогда друзьям и ученикам разрешили навещать его по одному. Даже во время смерти ученого в его доме присутствовали два инквизитора. Галилео умер 8 января 1642 года в возрасте почти 78 лет, у его постели дежурил его верный друг и ученик Винченцо Вивиани. Галилей был последней яркой звездой в созвездии династии Медичи, среди тех великих людей, которым они покровительствовали. Впоследствии Галилео, единственный внук Галилея, постригся в монахи и сжег хранившиеся у него бесценные рукописи ученого как богопротивные. Он был последним представителем рода Галилеев.

После смерти Галилея папа Урбан VIII категорически запретил хоронить его в церкви как еретика. Но Фердинанд II Медичи велел монахам-францисканцам похоронить его в базилике Санта-Кроче, где уже были похоронены Микеланджело Буонарроти и Лоренцо Гиберти. Монахи не смели ослушаться ни папу, ни герцога – они находились между двух огней и не знали, как выкрутиться. Наконец, францисканцы нашли выход: к церкви было пристроено подсобное помещение, где они держали лопаты и другие инструменты для возделывания огорода. С одной стороны, оно являлось частью церкви, раз пристроено к зданию. С другой стороны, там не проводились обряды, а только держали рабочие инструменты – так что оно как бы и не является частью базилики. Монахи убрали оттуда все, что там находилось, и похоронили Галилея в подсобке. После этого римскому папе они сказали, что Галилея похоронили не в церкви, а герцогу сказали, что его похоронили в церкви – и все остались довольны.