木星的两极有极光，这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环，光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征，主要由黑色碎石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到它没有土星那么显着壮观，但也可以分成四圈。木星环约有9400千米宽，但厚度不到30千米，光环绕木星旋转一周需要大约7小时。伽利略号飞行器对木星大气的探测发现木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。

1610年，伽利略·伽利雷和西门·马里乌斯各自独立的发现木星的4颗大卫星，这是首次发现不属于地球的卫星，也是当时首次发现显然不以地球为中心运动的天体。这是对尼古拉·哥白尼日心说最主要的支撑，伽利略直言不讳的支持哥白尼学说，使他被置于教会的威胁下。1660年代，乔凡尼·多美尼科·卡西尼使用一架新的望远镜发现木星的斑点和彩色的区带，并且观察到这颗行星出现扁平形；就是在两极扁平。他也估计出这颗行星的自转周期。在1690年，卡西尼发现大气经历较差自转。大红斑是在木星南半球的一个显着鹅蛋形特征，可能早在1664年就被罗伯特·胡克和卡西尼在1665年观测过；虽然这仍有争议。已知最早的绘图来自药剂师海因利希·史瓦贝，他在1831年显示大红斑详细的资讯。据说，大红斑在1878年变得很显眼前，在1665年至1708年曾经有多次从视线中消失的场合。它在1883年和20世纪初，再度被记录到衰退。乔瓦尼·阿尔方多·波雷里和卡西尼两人都细心地做出木星卫星的运动表，可以预测这些卫星经过木星前方或背后的时间。在1670年代，人们观测到当木星与地球在相对于太阳的两侧时，卫星运动事件的发生会比预测的慢达17分钟。丹麦天文学家奥勒·罗默推论视线看到的不是即时发生的事情，而这个时间上的差异可以用来估计光速。1892年，爱德华·爱默生·巴纳德在加利福尼亚州使用利克天文台 36-英寸的折射望远镜观察到木星的第5颗卫星。发现了这颗相对较小的卫星，证明了他敏锐的视力，使他很快的成名。这颗卫星后来被命名为木卫五。这是最后一颗以人眼视觉发现的行星卫星，之后的卫星均从照片发现。

1932年，鲁珀特·沃尔特根据木星的吸收光谱确定木星大气中含有甲烷和氨。1938年，观察到3个长寿的白色鹅蛋形反气旋特征。几十年来，它们是独立存在木星大气层的特征，有时会互相靠近，但永远不会合并。最后，两个在1998年合并，并在2000年吸收了第三个，被称为长圆形BA。在1955年，巴纳德柏克和肯尼斯·佛兰克林侦测到来自木星的22.2MHz的无线电信号爆发。这些爆发与木星的自转周期匹配，也能够用这些资讯来改进自转速率。发现来自木星的无线电爆发有两种形式：长达数秒的长爆发和持续时间短于百分之一秒的短爆发。