Le sonde [[Pioneer 10]] e [[Pioneer 11]] inviate verso Giove nei primi [[Anni 1970|anni settanta]] non diedero molte nuove informazioni su Callisto rispetto a quello che era già noto da osservazioni terrestri.<ref name=Moore2004>{{cita libro|cognome=Moore|nome=Jeffrey M.|autore2=Chapman, Clark R.; Bierhaus, Edward B. et al.|capitolo=Callisto|titolo=Jupiter: The planet, Satellites and Magnetosphere|anno=2004|editore=Cambridge University Press|curatore=Bagenal, F.; |curatore2=Dowling, T.E.; |curatore3=McKinnon, W.B.|url_capitolo=http://lasp.colorado.edu/~espoclass/homework/5830_2008_homework/Ch17.pdf|formato_capitoloformato=PDF}}</ref> La vera svolta avvenne più tardi con i [[Sorvolo ravvicinato|sorvoli ravvicinati]] delle sonde [[Voyager 1]] e [[Voyager 2]] negli anni 1979-1980. Esse ripresero più della metà della superficie di Callisto, con una risoluzione di 1–2 km, misurando temperatura, massa e forma della luna gioviana.<ref name=Moore2004/> Una seconda tornata esplorativa avvenne dal 1994 al 2003, quando la sonda Galileo effettuò otto sorvoli ravvicinati di Callisto, il più vicino dei quali a 138 km dalla superficie. La sonda Galileo completò la mappa globale della superficie, con una serie di immagini con risoluzione fino a 15 metri di alcune aree selezionate.<ref name="Greeley 2000"/> Nel 2000, la sonda Cassini in viaggio verso Saturno acquisì immagini di alta qualità nell'infrarosso dei satelliti galileiani, Callisto compreso..<ref name=Brown2003>{{Cita pubblicazione|cognome= Brown |nome=R. H.|autore2=Baines, K. H. |autore3=Bellucci, G. |autore4= et al. |titolo=Observations with the Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) during Cassini's Flyby of Jupiter |anno=2003 |rivista=Icarus |volume=164 |numero=2 |pp=461–470 |doi=10.1016/S0019-1035(03)00134-9 |bibcode=2003Icar..164..461B|}}</ref> Nel 2007, la sonda [[New Horizons]] nel suo cammino verso Plutone ottenne nuove immagini e spettri di Callisto.<ref name=Morring2007>{{Cita pubblicazione|cognome=Morring |nome=F.|titolo=Ring Leader |rivista=Aviation Week & Space Technology|data=7 maggio 2007|pp=80–83}}</ref>
La prossima missione prevista per il sistema di Giove è la [[Jupiter Icy Moon Explorer]] (JUICE) dell'[[Agenzia spaziale europea]] (ESA), che partirà nel 2022, durante la quale saranno previsti diversi sorvoli ravvicinati di Callisto. Precedentemente era stata proposta la [[Europa Jupiter System Mission]] (EJSM), un progetto congiunto di ESA e NASA per l'esplorazione delle lune gioviane. Tuttavia nel 2011 l'ESA annunciò che, a causa dei problemi di budget della NASA, era improbabile che la missione sarebbe stata possibile nei primi anni del 2020, e che avrebbe quindi puntato sulla JUICE.<ref>{{cita web|url=http://sci.esa.int/director-desk/48661-new-approach-for-l-class-mission-candidates/|titolo=new approach for l-class mission candidates|editore=ESA|accesso=22 marzo 2015}}</ref>
