Marina Gamba nacque intorno al 1570 a Venezia. Qui, forse, conobbe Galileo, il quale vi si recava spesso durante gli anni del soggiorno padovano. Dalla relazione fra i due nacquero tre figli che Galileo non riconobbe. Solo Vincenzo fu legittimato in seguito; precisamente nel 1619 e per intercessione del Granduca di Toscana. Così dai rispettivi documenti del battesimo:

Virginia, figliuola de Marina da Venetia, nata di fornicatione li 13 detto[agosto], fu battezzata da me Gio. Viola.

Livia Antonia, figliuola di Madonna Marina di Antonio Gamba et di... [sic], fu batezzata da me Clemente Tisato, rettor di S. Lorenzo.

Vicenzo Andrea, fio de Madonna Marina figliuola de Andrea Gamba, padre incerto, fu battezato da me Ang. Parocho.

Probabilmente la carica ricoperta da Galileo come professore all'Università e le molte amicizie tra la nobiltà veneta furono i motivi che spinsero lo scienziato a non apparire ufficialmente come padre dei tre bambini; nonostante questa scelta la famiglia visse unita nella casa di Padova.

La relazione sentimentale tra Marina Gamba e Galileo si interruppe quando questi tornò a vivere a Firenze nel 1610. Erroneamente confusa con una Marina Bartoluzzi, cui Galileo aveva affidato il piccolo Vincenzo nei primi tempi seguiti al suo trasferimento a Firenze, arrivando anche a vendere un liuto per poterne pagare i servigi, si è creduto a lungo che Marina Gamba si fosse risposata con tal Giovanni Bartoluzzi. È invece ormai accertato trattarsi di due persone diverse. Marina Gamba è probabilmente quella «Marina venetiana, di età di anni 42» data come morta il 21 agosto 1612 «nella parrocchia di S. Daniele» (la stessa cui apparteneva Marcantonio Mazzoleni, il meccanico vissuto a lungo in casa di Galileo) da un documento dell'Ufficio di sanità di Padova. Nella richiesta di legittimazione del figlio Vincenzo nel 1619, poi, Galileo dichiara che la madre Marina, ai tempi in cui conviveva con lui, era «soluta», ovverosia nubile, «mai maritata» e «già morta» al momento della stesura dell'atto. Evidentemente a Marina Bartoluzzi erano state affidate le cure del dodicenne Vincenzo, rimasto orfano di madre, in attesa di poterlo portare a Firenze.