Odkrycie Układu Słonecznego należy do okresu zwanego „renesansem”, kiedy to filozofowie postanowili w budowaniu nauki nie dopuszczać niczego poza obserwacją i logiką, a odrzucić tradycję. Być może najbardziej znanym wyrazicielem tego nowego (i odważnego) podejścia jest francuski matematyk, filozof i naukowiec René Descartes (1596-1650). Jego stwierdzenie „cogito ergo sum” (myślę, więc jestem) jest symboliczne dla postawy renesansowej. (Niektórzy zauważyli, że nie można po prostu myśleć, nie myśląc o czymś, tak więc niemożliwe jest rozpoczęcie nauki od czystej logiki. W każdym razie, Kartezjusz próbował tego i doszedł do wielu interesujących rezultatów, a także do kilku dość dziwnych pojęć).
Ogólna akceptacja skupionego na Słońcu systemu ruchów niebieskich trwała kilkaset lat. Główna idea układu słonecznego została zaproponowana przez polskiego astronoma Mikołaja Kopernika (1473-1543), który stwierdził, że „Słońce jest centrum Wszechświata” i sprawił, że planety poruszają się wokół niego po idealnych okręgach (w książce zatytułowanej „O obrotach sfer niebieskich”, napisanej po łacinie i opublikowanej w 1543 r.). W ten sposób ożywił on starożytną ideę sięgającą greckiego filozofa Arystarchosa (zm. ~270 p.n.e.), który sugerował, że Słońce jest znacznie większe od Ziemi i że to ono, a nie Ziemia, znajduje się w centrum wszechświata. (Nikt nie zwrócił na to uwagi, ponieważ jest oczywiste, że Słońce porusza się bardzo często: raz dziennie po niebie, raz rocznie po gwiazdach na różnych wysokościach nad horyzontem).
Niemiecki astronom Johannes Kepler (1571-1630) poparł kopernikańską koncepcję, zgodnie z którą Słońce znajduje się w centrum, ale nadał planetom eliptyczne orbity, ze Słońcem w jednym z ognisk każdej elipsy, aby lepiej opisać ich skomplikowane ruchy. Bezpośrednie obserwacje Galileusza Galilei (1564-1642), który pokazał, że Wenus ma fazy jak Księżyc (używając wynalezionego i zbudowanego przez siebie teleskopu), przesądziły sprawę dla systemu heliocentrycznego. (Kościół się nie zgodził. W 1616 roku umieścił książkę Kopernika na indeksie dzieł zakazanych i pozostawił ją tam aż do 1835 roku. Również Galileusz musiał się nawrócić i otrzymał zakaz nauczania i opuszczania domu).
Galileo był jednym z wielkich umysłów wszech czasów. Jak powiedział francuski filozof Yves Bonnefoy: „Dzięki Galileuszowi Księżyc przestał być obiektem adoracji, a stał się obiektem badań naukowych”. Inny włoski astronom, Giovanni Domenico Cassini (1625-1721) (którego nazwisko kojarzy się z dużą przerwą między wewnętrznymi i zewnętrznymi pierścieniami Saturna) wyznaczył wielkość orbity Ziemi. Jego wartość była tylko o 7 procent mniejsza od współczesnej (150 mln km). Ustalił też wielkość Układu Słonecznego. (Arystarch pomylił się o czynnik 20 w oszacowaniu odległości do Słońca).
Wtedy przyszedł Isaac Newton (1642-1727), który przyniósł prawa fizyki do Układu Słonecznego. Isaac Newton wyjaśnił, dlaczego planety poruszają się w sposób, w jaki to robią, stosując swoje prawa ruchu i siłę grawitacji między dwoma ciałami, pozwalając, aby siła zmniejszyła się z kwadratem odległości między dwoma ciałami. (Oprócz sformułowania praw ruchu Newton wymyślił pojęcie siły grawitacji i nowy rodzaj matematyki do obliczania ruchów planet. Matematyka ta jest obecnie nazywana rachunkiem. Został on wynaleziony niezależnie od niego i opublikowany wcześniej przez niemieckiego matematyka Gottfrieda Wilhelma Leibniza (1646-1716), którego notacja jest do dziś używana w podręcznikach. Newton zbudował również pierwszy teleskop odbijający, za pomocą którego badał niebo).
Angielski astronom Edmond Halley (1656-1742) zdał sobie sprawę, że komety są częścią systemu (przynajmniej jedna z nich, Kometa Halleya, powracała co 75 lat). Neptun, główna planeta, został odkryty dopiero w 1846 roku (przez niemieckiego astronoma Johanna Galle, podążającego za wskazówkami Leverriera); Pluton został odkryty w 1930 roku. Wielu astronomów uważa obecnie, że Pluton jest tak naprawdę tylko niezwykle dużym ciałem typu kometowego (lub raczej dwoma ciałami) w „Pasie Kuipera”, w którym znajdują się setki lub tysiące takich ciał. Pas Kuipera bierze swoją nazwę od holendersko-amerykańskiego astronoma Gerarda Kuipera (1905-1973), który wniósł wiele wkładu w wiedzę o satelitach planet zewnętrznych.
Oprócz tego istnieje „Obłok Oorta”, asteroidy i komety, które otaczają Układ Słoneczny jak rój komarów grupę ludzi na pikniku w lecie w Minnesocie. Obłok Oorta”, nazwany tak na cześć holenderskiego astronoma Jana Hendrika Oorta (1900-1992), który zaproponował jego istnienie (w 1950 roku), jest ogromnym skupiskiem komet znajdujących się w dużej odległości od wewnętrznego Układu Słonecznego. Służy ono jako niewyczerpany rezerwuar komet, które zbliżają się do Słońca (i przez to stają się krótkotrwałe). Uważa się, że komety, które przecinają drogę planet wewnętrznych, robią to, ponieważ ich orbity zostały zaburzone przez grawitacyjne oddziaływanie mijanych gwiazd.
Dwa fundamentalne odkrycia dotyczące naszego świata są jednym z największych wkładów do ludzkiej myśli: Wiek Układu Słonecznego i źródło energii Słońca. Te dwa odkrycia są powiązane, ponieważ tylko energia fuzji jądrowej (dzięki której masa jest przekształcana w energię) może zasilać Słońce tak długo, jak długo ogrzewa ono naszą ojczystą planetę.
Odkrycie źródła energii Słońca – fuzji jąder wodoru (tj. protonów) w celu wytworzenia jąder helu (tj. cząstek alfa) – zawdzięczamy odkryciu radioaktywności (przez Antoine’a Becquerela oraz zespół żony i męża Marie i Pierre’a Curie); odkryciu protonu i zmienności jąder atomowych (przez Ernesta Rutherforda); oraz uświadomieniu sobie, że masa sama w sobie jest manifestacją energii (przez Alberta Einsteina). Odkrycia te mają łącznie mniej niż sto lat. Koncepcja Słońca jako pieca jądrowego jest w miarę dobrze rozumiana dopiero od lat trzydziestych XX wieku.