Cassini commence sa longue carrière d'astronome dans son pays natal, l'Italie, et fait parler de lui en mesurant l'obliquité de l'écliptique. Louis XIV prend connaissance, grâce à Colbert, de son travail, et l'invite à Paris en 1669, pour participer à la construction de l'Observatoire de Paris. Il s'y installe finalement, et contribue même à l'architecture du bâtiment.

Durant son long séjour à l'Observatoire, il découvre quatre satellites de Saturne, et surtout il observe la division dans l'anneau de Saturne. Il réalise également des observations de la Lune qui lui permettent d'établir des cartes d'une étonnante précision, ainsi que des observations remarquables de Jupiter (bandes, tache rouge).

Cassini acquiert sa si grande renommée par son goût des mondanités qui font de lui un courtisan acharné.