토성의 고리는 1609년 갈릴레이(Galileo Galilei)가 최초로 발견하였다. 갈릴레이는 그 당시 망원경 성능이 좋지 못해 자신이 발견한 것이 고리임은 확실하게 알지 못했고, ‘토성의 양쪽에 귀 모양의 괴상한 물체가 붙어 있다’고 표현했다. 그로부터 약 50년 뒤 네덜란드의 천문학자 호이겐스(Christiaan Huygens)가 토성의 '양쪽의 귀'는 고리임을 밝혀냈다. 그리고 1675년 이탈리아의 천문학자 카시니(Jean Dominique Cassini)는 더욱 좋은 망원경을 이용해 토성의 고리를 자세히 관찰하여 토성의 고리가 하나가 아니라 여러 개로 이루어져 있다는 것을 알아냈다. 또한 그는 고리사이의 거대한 간격을 찾아냈으며, 이 간격이 바로 '카시니 틈'이다.
토성의 고리우주선으로 관측한 결과 토성의 고리는 수많은 얇은 고리들로 이루어져 있었고, 이 고리들은 레코드판처럼 곱게 나열되어 있다. 토성의 고리는 적도면에 자리 잡고 있으며 토성 표면에서 약 7만~14만km까지 분포하고 있다. 따라서 토성의 고리 너비는 약 7만 km에 이른다. 토성의 고리는 아주 작은 알갱이크기에서 부터 기차만한 크기의 얼음들로 이루어져 있다.
많은 천문학자들은 토성이 생성된 뒤 남은 물질이 고리를 이루는 것이라 추측하고 있다. 즉 성운에서 토성이 생성되고, 이와 같은 시기에 고리도 생성되었다는 설이다. 이는 토성의 거대한 고리계를 설명할 수 있으며, 고리의 희박한 밀도 등 여러 가지를 설명할 수 있으나, 어떻게 고리계가 45억년 이상 유지될 수 있었는지 설명하기는 어렵다. 그리고 일부 천문학자들은 토성의 고리에 대하여 토성의 강한 중력을 못 이겨 산산조각이 난 위성의 잔해물이라 주장한다. 즉 위성이나 유성체, 혜성과 같은 천체들이 토성에 가까이 접근 하면 조석력에 의하여 부서지게 되고, 이후 잔해들이 남아 상호 마찰로 인해 더욱 잘게 부서져 고리를 형성한다는 것이다.
태양계 행성 중에서 토성은 특별한 존재였다. 다른 행성에선 볼 수 없는 고리를 하고 있어 존재감이 도드라져 보였다. 하지만 토성도 머지 않아 '고리없는 행성' 대열에 동참할 가능성이 있는 것으로 관측됐다. 토성의 고리는 주로 암석이 섞여 있는 얼음으로 구성되어 있는데, 자기장의 영향으로 고리에 있는 얼음입자들이 비처럼 내리는 ‘고리 비(ring rain)’ 현상 때문에 토성의 고리가 사라지고 있다는 것이다. NASA는 "자기장의 영향으로 얼음입자들이 먼지처럼 내리면서 고리가 중력에 의해 토성으로 끌려가고 있다"고 밝혔다. 1980년 대 초 토성을 탐사했던 NASA 보이저호가 수집한 자료를 토대로 진행된 연구에서도 ‘고리 비’ 현상이 언급된 바 있다. NASA 카시니호는 토성의 고리 비 현상에 대해 관측한 후, 토성의 고리가 앞으로 1억 년 후에 사라질 수 있다는 것을 밝혀냈다. 이는 40억 년이 넘는 토성의 나이에 비하면 눈 깜짝할 새다. NASA 행성 과학자 제임스 오도노후(James O'Donoghue)는 "우리는 토성의 '고리 비'가 30분 만에 토성의 고리에서 올림픽 수영장 크기를 채울 수 있는 만큼 많은 양의 수분을 배출하고 있다고 추정하고 있다"고 밝혔다. 연구진은 17일 과학전문지 이카루스에 해당 연구 결과를 발표했다.
