木星拥有79颗已确认的天然卫星，是太阳系内拥有最大卫星系统的行星。当中最大的4颗，统称伽利略卫星，由伽利略于1610年发现，这是首次（除了月球）发现不是围绕太阳的天体。19世纪末起，越来越多更小型的木星卫星被发现，并命名为罗马神话中的诸神之王朱庇特（或同等的宙斯）的各位情人、倾慕者和女儿。
木星的卫星之中有8颗属于规则卫星，它们沿几乎呈正圆的顺行轨道公转，轨道相对木星的赤道面倾斜度近乎零。4颗伽利略卫星的质量最大，足以形成近球体形状。其余4颗规则卫星的体积则小得多，轨道更接近木星，是木星环尘埃的主要来源。剩余的卫星都属于不规则卫星，它们分别有顺行和逆行轨道，距离木星较远，轨道倾角和离心率都非常高。这类卫星都很可能曾经围绕太阳公转，之后被木星所捕获的天体。自2003年以来，共有17颗已发现但未命名的不规则卫星。
木星卫星的物理和轨道特性差异颇大。四颗伽利略卫星直径超过3000公里，而木卫三甚至是太阳系中除了太阳和八大行星以外最大的天体。其余卫星直径都低于250公里，最小的只仅仅超过5公里。就算是伽利略卫星中最小的木卫二，也足足有其他卫星（不包括伽利略卫星）加起来的5000倍。轨道形状的变化也极大：从近正圆到高离心率不等。另外，有的轨道方向和木星的自转方向相反（逆行）。公转周期也介乎7个小时（比木星自转周期还短）到长达3年左右。
人们认为木星的规则卫星形成于环行星盘——类似于原行星盘的气体及固体碎片环。这些物质可能是一颗在木星历史早期形成的、质量与伽利略卫星相约的卫星的残余物。
模拟显示，环行星盘在任何时候都有着相对低的质量，每隔一段时间，从太阳星云捕捉来的木星质量的一小部分就会经过环行星盘。然而，现有的卫星只需要木星质量百分之二的环行星盘质量便可解释。这表示在木星的早期历史中，可能经过了几代与伽利略卫星质量相约的卫星。每一代卫星都因为环行星盘的阻力而渐渐堕入木星，而从捕捉来的太阳星云碎片则再形成新一代的卫星。当今天这一代（可能为第五代）形成的时候，环行星盘已经稀薄到不能对卫星的轨道造成很大的影响。现在的伽利略卫星仍然受到影响，并正在靠近木星。只有木卫一、木卫二和木卫三受到轨道共振的保护。而木卫三较大的质量表示它会比木卫一和木卫二更快靠近木星。
人们认为，外圈的不规则卫星是被捕获的路过的小行星。那时原卫星环的质量仍然足够吸收小行星的动力并使其进入轨道。当中许多被突然的减速撕裂，有的之后被其他卫星撞散，从而形成今天我们见到的各个族群。
第一个声称观测到木星卫星的人是中国天文学家甘德于公元前364年。但两千年之后1609年由伽利略·伽利莱作出的发现才是被世界公认肯定的。1610年三月，他以一具30倍放大率望远镜观测到了四颗大型伽利略卫星：木卫三、木卫四、木卫一和木卫二。直到1892年爱德华·爱默生·巴纳德才发现木卫五。旅行者号于1979年到达木星的时候，已经有13颗卫星被发现。木卫十八于1975年发现，但由于缺乏观测数据而丢失了，直到2000年才寻回。1979年，发现者号任务发现了3颗新的内圈卫星：木卫十六、木卫十五和木卫十四。
之后二十年都没有新发现的卫星，但1999年十月和2003年二月期间，研究者们使用敏感的地面感应器发现了32颗。它们都是小型卫星，大多有着长、高离心率、逆行的轨道，直径平均为3 km（1.9 mi），其最大者也只有9 km（5.6 mi）。相信这些卫星都是捕捉来的小行星或彗星，并有可能是某星体的碎片。可是我们真正对他们的认识还是很少。其后人们又发现了14颗卫星，但还未被确认。观测到的木星卫星数目达到63颗。截至2008年，这个数目在太阳系各行星中居冠，然而额外可能存在着小卫星。在2018年7月，卡内基科学研究所在追踪第九行星时意外发现多12颗卫星，观测到的木星卫星数量增加至79个。
木星的伽利略卫星在1610年发现后不久便由西门·马里乌斯命名为艾奥（木卫一）、欧罗巴（木卫二）、盖尼米德（木卫三）和卡里斯托（木卫四）。20世纪之前，这些名称并不受欢迎，取而代之的为“木卫一”、“木卫二”，或“木星的第一颗卫星”等诸如此类的称号。这些名称要到20世纪才被广泛使用，而其余新发现的卫星则仍待命名，并称以其罗马数字编号V（5）至XII（12）。1892年发现的木卫五，被法国天文学家佛林马利安首度称为阿曼尔提亚，非官方，但很流行。
直到1970年代，天文文学都直接使用卫星的罗马数字编号。1975年，国际天文联合会（IAU）为木卫五至十三起名，并为日后发现的卫星提供正式的命名程序。规则是：新发现卫星的名称须为神祇朱庇特（宙斯）的爱人和喜欢的人。而自2004年，命名规则扩大到以上人物的后代。木卫三十四之后的卫星都以朱庇特或宙斯的女儿命名。
有些小行星和木星卫星有相同的名称：小行星9、小行星38、小行星52、小行星85、小行星113和小行星239。国际天文联合会将两颗小行星（小行星1036和小行星204）永久改名以避免冲突。
分作两群：
木星的不规则卫星基本上是较小的天体，并拥有较远、倾角较大的的轨道。它们聚集成群，各群内的卫星均有相似的物理数据（半长轴、轨道倾角和离心率）和成分。相信有一部分是较大的小天体被木星吸引过来的小行星撞击碎裂形成的。这些卫星群以其最大成员命名。它们的鉴别并不明确，以下列出较典型的卫星群：
以下为木星卫星列表，默认以轨道顺序排列。质量足够大而能坍缩成近球体的卫星以粗体列出。底色为白色的为内圈卫星，紫色为伽利略卫星，浅灰为顺行卫星，深灰为逆行卫星。
大气层 (大红斑) · 磁层 · 环
阿德剌斯忒亚 · 阿马尔塞 · 墨提斯 · 忒拜
艾奥（艾奥的火山） · 欧罗巴 · 盖尼米得 · 卡里斯托
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