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  在望遠鏡攝影技術被髮明之前,天文學家利用光學望遠鏡直接觀測土星,發現了八顆衛星。1655年,克里斯蒂安·惠更斯用他自己設計的57毫米物鏡折射望遠鏡,發現了土星最大的衛星——土衛六。喬凡尼·多美尼科·卡西尼在1671年至1684年間發現土衛三、土衛四、土衛五和土衛八(統稱為「路易之星」,)。威廉·赫歇爾在1789年發現土衛一和土衛二。威廉·邦德和喬治·邦德在1848年共同發現土衛七,威廉·拉塞爾亦於同年獨自發現土衛七。  後來,天文學家利用長時間曝光底片,又發現了更多的衛星。威廉·亨利·皮克林最早在1899年用這種技術發現土衛九。1966年,奧杜安·多爾菲斯趁土星位於分點,即土星環平行於視線時,進行觀測,發現了土衛十。若干年後,科學家發現,要完全解釋1966年的觀測資料,一定還存在著另一顆軌道與土衛十相似的衛星,這就是土衛十一。土衛十一與土衛十在同一個軌道上公轉,這種共軌衛星關係在太陽系中是絕無僅有的。天文學家在1980年通過地面觀測又發現土衛十二、土衛十三和土衛十四,之後經旅行者號飛船證實。土衛十二是土衛四的特洛伊衛星,土衛十三和土衛十四則是土衛三的特洛伊衛星。

  自從使用了無人太空探測器,人們對外行星的研究發生了根本性的變化。旅行者計劃太空船抵達土星後,在1980至81年間發現了三顆衛星:土衛十五、土衛十六和土衛十七。此外,旅行者號還證實了土衛十和土衛十一是兩顆不同的衛星。1990年,科學家又在旅行者號的檔案照片中發現土衛十八。  卡西尼-惠更斯號於2004年夏到達土星,發現了位於內圈的三顆小衞星(土衞三十二、土衞三十三和土衞三十四)和位於F環內的三顆未確認的衞星。2004年11月,參與卡西尼計劃的科學家宣佈,土星環的結構顯示,在環以內還存在多個衛星,但當時拍攝到的只有其中一顆(土衛三十五)。2007年,土衛四十九被發現。2008年,卡西尼號探測到土星磁層高能電子在土衛五附近有削弱的現象,意味著土衛五可能擁有一個稀疏的環系統。科學家在2009年3月發現位於G環內的小衛星——土衛五十三,並於同年7月首次發現B環內的小衛星——S/2009 S 1。2014年4月,科學家宣佈在A環內有新衛星形成的跡象。

  隨著望遠鏡技術的提升,對土星衛星的觀測研究也變得越來越簡單,其中起到最大作用的莫過於取代了照相底片的數碼感光耦合元件。在整個20世紀期間,土衛九是唯一一顆為人所知的不規則軌道衛星。然而自從2000年起,天文學家利用地面望遠鏡陸續發現了三十多顆不規則衛星。三座中等大小望遠鏡從2000年末開始進行觀測,一共發現了13顆衛星,其軌道距離土星遙遠,離心率高,與土星赤道和黃道平面的傾角都非常高。這些衛星都很可能是某個更大的天體在被土星引力捕獲後解體而成的碎片。2005年,毛納基山天文臺的科學家宣佈發現12顆外圈小衛星。天文學家利用8.2米昴星團望遠鏡,在2006年宣佈發現9顆不規則衛星。2007年,土衛五十二(S/2007 S 1)、S/2007 S 2和S/2007 S 3陸續被發現。2019年,天文學家宣佈又發現了20顆不規則衛星,使土星衛星總數自2000年來首次超越木星。  土星的82顆衛星之中,有一些在被發現之後就未再被觀測到,以致無法從軌道資料推算目前的確切位置,這些衛星被稱為迷蹤衛星。天文學家在2009年以後的觀測當中已成功尋回不少迷蹤衛星,但仍有五顆(S/2004 S 13、S/2004 S 17、S/2004 S 12、S/2004 S 7及S/2007 S 3)至今下落不明。

  天文學界現用的土星衛星命名法,可追溯至約翰·赫歇爾於1847年提出的方案:土星(在歐洲以羅馬神話中的農業之神撒頓努斯,相等於希臘神話中的格羅諾斯,為名)的所有衛星均以與撒頓努斯相關的神話人物命名。當時已知的七顆衛星都取名於泰坦或癸幹忒斯(格羅諾斯的兄弟姐妹)1848年,威廉·拉塞爾提出把第八顆衛星命名為海柏利昂,泰坦的又一員。到了20世紀,十二名泰坦均以用盡,科學家就轉向古希臘羅馬神話的其他神祗或其他神話傳統中的巨神。除以泰坦菲比命名的土衛九以外,其餘所有不規則衛星均以北歐神話中的冰巨神以及因紐特神話和凱爾特神話人物命名。  某些小行星與土星的衛星有著相同的名稱:小行星55(禍神星,Pandora)、小行星106(坤神星,Dione)、小行星577(母神星,Rhea)、小行星1809(Prometheus)、小行星1810(Epimetheus)和小行星4450(Pan)。此外還有兩顆曾經與土星衛星有相同名稱的小行星,後經國際天文聯會決議用不同拼寫與土星衛星相互區分開來:小行星53(島神星,Kalypso)和小行星101(拐神星,Helena)。

  土星衛星系統的質量分佈極不均勻,在圍繞土星公轉的物質當中,96%以上的質量都集中在土衛六。另外六顆近球體衛星共佔4%,其餘75顆小衛星,再加上土星環,只佔0.04%。

  儘管沒有確切的界定標準,土星的衛星還是可以根據軌道特徵分為十個衛星群。包括土衛十八和土衛三十五在內的不少衛星在土星環以內公轉,其公轉週期比土星的自轉週期稍長。最內圈衛星以及大部分規則衛星的軌道傾角都在1.5°以下(土衛八除外:土衛八的軌道傾角為7.57°),軌道離心率也較低。最外圈不規則衛星(特別是諾爾斯衛星群)的軌道半徑為數百萬公里,公轉週期可長達幾年。諾爾斯衛星群的軌道方向甚至與土星的自轉方向相反。

  2009年7月,天文學家在從土星B環上的陰影,在環外沿480公里以外的地方發現了直徑約為300米的小衛星S/2009 S 1。和A環小衛星(見下文)不同的是,S/2009 S 1並沒有在環上產生螺旋槳結構,這可能和B環的密度有關。 2006年,天文學家在卡西尼號所拍攝的A環照片中發現了四顆小衛星。在此之前,在A環縫內公轉的已知衛星只有體積更大的土衛十八和土衛三十八。這兩顆衛星的質量足以在環上掃出一條縫。相比之下,小衛星只能夠在其附近區域清除出兩條約10公里寬的縫,形似飛機螺旋槳。小衛星的直徑在40至500米之間,無法直接觀測。2007年,天文學家又發現了150顆小衛星。除了兩顆位於恩克環縫內的小衛星以外,這些小衛星都集中在A環內的三條窄帶以內,軌道半徑在126,750至132,000公里之間。每條縫寬約一千公里,不足土星環總寬度的1%。該區域不受更大衛星的軌道共振效應所影響,然而A環內其他同樣不受軌道共振效應影響的區域卻不含任何小衛星。這些小衛星可能是某顆大衛星解體後的碎片。天文學家估算,A環中有七千至八千個大於800米的螺旋槳縫,大於250米的則數以百萬計。  F環內也有可能存在類似的小衛星。F環附近的土衛十六可擾動環內的小衛星,使它們互相碰撞,形成天文學家在F環內所觀測到的噴射物質。最大的F環小衛星可能是有待確認的S/2004 S 6。F環內還有短暫出現的扇狀結構,這可能是由直徑約1公里的小衛星所致。  土衛五十三位於G環的環弧內,與土衛一處於7:6平均運動軌道共振狀態,也就是說,當土衛五十三公轉七週時,土衛一正好公轉六週。土衛五十三是G環中產生塵埃的最大天體。  2014年4月,科學家宣佈在A環內有新衛星形成的跡象。

  牧羊衛星是在環系統內或附近公轉的衛星。這類衛星有塑造環的形狀的作用:它們會使環的邊緣更為鮮明,或產生環縫。土星的牧羊衛星有:恩克環縫內的土衛十八、基勒環縫內的土衛三十五、A環內的土衛十五以及F環內的土衛十六和土衛十七。這些衛星和共軌衛星(見下文)都很可能是鬆碎物質積累在密度更高的核心而成。核心的大小約為衛星目前大小的三分之一至二分之一,本身可能是更大的衛星解體後的碰撞碎片。

  土衛十和土衛十一是太陽系中唯一一對共軌衛星。它們體積相近,土衛十比土衛十一稍大。兩者軌道半長軸只有幾公里之差,如果相互掠過的話,就會相撞。不過事實上,引力作用使得兩者的軌道每四年交換一次。

  在鬆散的E環以內,有內圈大衛星和阿爾庫俄尼得斯衛星群的三顆較小的衛星。

  在土衛一和土衛二軌道之間,有三顆小衛星:土衛三十二、土衛四十九及土衛三十三。它們以希臘神話中的阿爾庫俄尼得斯仙女命名。土衛三十二和土衛四十九的軌道上都有不完整的暗環,土衛三十三軌道上則有完整的環。這三顆衛星中,只有土衛三十二有近距離照片,可見它呈卵形,幾乎沒有任何撞擊坑。

  特洛伊衛星為土星衛星系統所特有,這些衛星位於一顆比它們大得多的衛星的L或L拉格朗日點。L位於大衛星軌道的前方,L則位於其後方。土衛三共有兩顆特洛伊衛星:土衛十三(前方)和土衛十四(後方);土衛四也有兩顆:土衛十二(前方)和土衛三十四(後方)。土衛十二是特洛伊衛星之中最大的一顆,土衛三十四則是最小的,軌道也最為混沌。這幾顆衛星都被鋪上了一層塵埃物質,其表面因而非常光滑。

  以下衛星的軌道均位於E環以外:

  不規則衛星指的是軌道半徑長、傾角高的小衛星,其中有不少繞土星逆行公轉。科學家相信,不規則衛星是土星引力捕獲而來的太陽系小天體,往往可歸為不同的碰撞家族。這些衛星都非常細小,無法直接利用望遠鏡觀測,也無法量度準確的尺寸和反照率,但反照率一般估計和土衛九相近,約為6%。不規則衛星的可見光及近紅外線光譜的主要特徵為水的吸收譜帶。它們沒有特別的顏色,或偏紅色,與C型、P型和D型小行星相似,但比紅色凱伯帶天體更淡。

  因紐特衛星群由七顆位於外圈的順行衛星所組成:土衛二十、土衛二十二、土衛二十四、土衛二十九、土衛五十二、S/2004 S 29及S/2004 S 31,其中土衛二十九最大,直徑約為40公里。它們離土星的距離(186至297個土星半徑)、軌道傾角(45°至50°)、顏色都十分相近,故歸為一群。

  高盧衛星群由四顆位於外圈的順行衛星所組成:土衛二十一、土衛二十六、土衛二十八及土衛三十七,其中土衛二十六最大,直徑約為32公里。它們離土星的距離(207至302個土星半徑)、軌道傾角(35°至40°)、顏色都十分相近,故歸為一群。另外,S/2004 S 24也有可能屬於高盧衛星群,但要確切歸類,仍有待更進一步觀測。在土星順行衛星之中,S/2004 S 24是最遙遠的。

  諾爾斯衛星群(又稱土衛九衛星群)由46顆位於外圈的逆行衛星所組成:土衛九、土衛十九、土衛二十三、土衛二十五、土衛二十七、土衛三十、土衛三十一、土衛三十六、土衛三十八、土衛三十九、土衛四十、土衛四十一、土衛四十二、土衛四十三、土衛四十四、土衛四十五、土衛四十六、土衛四十七、土衛四十八、土衛五十、土衛五十一以及25顆未命名衛星。土衛九的體積最大,第二大的土衛十九直徑只有18公里。諾爾斯衛星群可能還能細分為若干個衛星群。

  

  以下為土星衞星列表,預設以公轉週期從短到長排列(即半長軸從小到大排列)。質量足夠大而能坍縮成近球體的衞星以粗體標示,不規則衛星則以紅色、橙色和灰色背景標示。

  以下由卡西尼號所探測到的天體還沒有被證實是完整的實體。它們有可能是F環中持久不散的一團團鬆散物質。  另外,歷史上曾有兩位天文學家分別宣稱在土衛六和土衛七軌道之間發現新衛星,但這些衛星自此就未再被見到過。

  不時會有小行星和彗星靠近土星,甚至被土星的引力捕獲。P/2020 F1 (Leonard)彗星曾經在1936年5月8日靠近土星,達到公里的距離。這比土衛六的軌道還要接近土星,其軌道離心率也只有。在這之前,該彗星有可能是土星的一顆暫時性衛星,但由於除引力以外的力十分複雜,科學家還不能確定它是否曾經是暫時性衛星。

  科學家相信,土衛六、中等大小衛星以及土星環的形成過程與木星的伽利略衛星相似,但細節有待進一步研究確定。有理論提出,曾經還存在第二顆大小和土衛六相當的衛星,在解體之後形成環和位於內圈的中等大小衛星。也有理論主張,兩顆大衛星碰撞後融合形成土衛六,碰撞期間所散開的冰質碎片則成為了今天的中等大小衛星。2014年6月23日,美國太空總署宣佈有強烈證據指出,土衛六大氣層中的氮氣並非最初形成土星的物質,而是源自歐特雲中的彗星。從土衛二的地質活動以及土衛三、四、五在過去沒有長期軌道共振的跡象,可推算土衛六軌道內側的衛星年齡可能只有一億年。
土星的衛星繁多,大者有比水星更大的土衛六,小者有不足一百米寬的小衛星。土星共有82顆軌道已得到證實而又沒有混進環內的自然衛星,其中直徑超過50公里的只有13顆;除此之外,還有上百萬顆微型衛星以及由無數細小顆粒所組成的土星環系統。有七顆衛星的質量足夠大,其重力足以使其坍縮成近球體形狀,不過只有土衛六達到流體靜力平衡狀態(土衛五也有可能)。土星的某些衛星有著獨一無二的特殊地理。土衛六是太陽系第二大衛星(僅次於木衛三),而且有著類似於地球的氮大氣層、液態碳氫化合物的湖泊、河流和降雨。土衛二的南極地區會噴射出氣體和塵埃,其表面之下很可能有液態水海洋。土衛八的表面則分為黑白兩個半球,顏色呈鮮明對比。