Samen met de Britse astronoom Robert Hooke (1635-1703) ontdekte hij de Grote Rode Vlek op Jupiter rond 1665.
Hij ontdekte ook vier manen van Saturnus: Dione, Iapetus, Rhea en Tethys.
Ook heeft hij in 1675 een scheiding ontdekt tussen de ringen van Saturnus, die nu de Cassini-scheiding heet.
Het ruimtevaartuig Cassini-Huygens is naar hem vernoemd, samen met Christiaan Huygens.
