在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。星球的绕转形式有两种：一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动，如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动；二是两颗或更多颗星球围绕共同质心相互转动。绝大多数星系属于前者。

几乎没有星系是单独存在的，许多星系和一定数量的星系之间有重力的束缚。包含有50个左右星系的集团叫做星系群，更大的包含数千个星系，横跨数百万秒差距空间的叫做星系集团。星系集团通常由一个巨大的椭圆星系统治着，他的潮汐力会摧毁邻近的卫星星系，并将质量加入星系中。超星系集团是巨大的集合体，拥有数万个星系，其中有星系群、星系集团和一些孤单的星系；在超星系集团尺度，星系会排列成薄片状和细丝，环绕着巨大的空洞。在上述的尺度中，宇宙呈现出各向同性和均质。

银河系是本星系群中的一员。本星系群相对来说是一个直径大约1022百万秒差距的小星系群。银河系和仙女座星系是这个群中最大的两个星系，许多其它的矮星系都是这两个的卫星星系。本星系群是以室女座星系团为中心的巨大星系群与星系集团集合体的一部分。

星系在宇宙中呈网状分布。从大尺度看，星系包围着一个个像气泡一样的空白区域，在整体上形成类似蜘蛛网或神经网络的结构，称之为宇宙大尺度分布。

参见词条：星系团、超星系团、星系群

星系的形成有两种理论。一种理论认为，星系由一次宇宙大爆炸中形成，它发生在137亿年前。另一个理论则是：星系由宇宙中的微尘所形成。原本宇宙有大量的球状星团，后来这些星体相互碰撞而毁灭，剩下微尘。这些微尘经过组合，而形成星系。

虽然在今天，关于星系形成的学问有不少人质疑。目前宇宙大爆炸是最流行的解释之一。

按照宇宙大爆炸理论，第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间，有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却，引力开始发挥作用，然后，幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大，从而形成了一些“沟”，星系团就是沿着这些“沟”形成的。

随着暴涨的转瞬即逝，宇宙又回复到如今日所见的那样通常的膨胀速率。在宇宙诞生后的第一秒钟，随着宇宙的持续膨胀冷却，在能量较为“稠密”的区域，大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来。一百秒后，质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内，构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。大约再经过三十万年，宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久，星系就在其中形成了。大爆炸发生过后十亿年，氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长，初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小，各个原星系之间靠得比较近，因此相互作用很强。于是，在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云，而其余部分则被邻近的云所吞并。同时，原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。

原星系的质量变得越大，它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状；其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后，便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起，就像地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。

参见词条：宇宙大爆炸

在1610年，伽利略使用他的望远镜研究天空中明亮的带状物，也就是当时所知的银河，并且发现它是数量庞大但光度暗淡的恒星聚集而成的。1755年，伊曼纽尔·康德借助更早期由托马斯·怀特工作完成的素描图，推测星系可能是由数量庞大的恒星转动体，经由重力的牵引聚集在一起，就如同太阳系，只是规模更为庞大。

2023年4月4日，一个国际天文学家团队在出版的《自然·天文学》杂志上刊发两篇论文指出，他们利用詹姆斯·韦布空间望远镜，发现了4个迄今已知最古老的星系，其中一个星系形成于宇宙大爆炸后3.2亿年，当时宇宙仍处于婴儿阶段。

2024年10月，欧洲空间局欧几里得太空望远镜拍摄的一组拼接图像捕捉到1400多万个星系，首次展示了“宇宙地图集”。据美联社报道，这幅由260张图像拼接而成的马赛克图片，是欧几里得空间望远镜用时两周拍摄的，捕捉到1400多万个星系的璀璨身影。

第一位尝试描述银河系的形状和太阳位置的天文学家是威廉·赫歇尔，他在1785年小心的计算天空中在不同区域的恒星数目，得到了太阳系在中心的椭圆星系的图像，这与1920年卡普坦得到的结果非常类似，只是比较小些(直径大约15,00秒差距)。赫歇尔制作了当时最大的望远镜，发现了天王星。他同样关注恒星世界。在多年观测后，他根据天空中各个方向的恒星数量，于1785年画下了一幅银河系结构图。由于无法测定遥远恒星的距离，赫歇尔假设天空中所有恒星具有相同的发光本领，并根据实际观测到的恒星亮度来估计它们到地球的距离。他得到的银河系“画像”扁而平，具有不规则轮廓，太阳位于银河系中央。赫歇尔用统计法首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说，从而初步确立了银河系的概念。

1906年，荷兰天文学家卡普坦提出“选区计划”，重新研究银河系的结构。他得到的银河系模型与赫歇尔类似：太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。

1918年，沙普利提出，银河系是一个透镜状的恒星系统，其中心位于人马座方向，而不是太阳系。后来的观测逐渐证明，沙普利的模型较为接近真实的银河系，因而被沿用至今。

在1936年，天文学家哈勃制定了现称哈勃序列，且至今仍被使用的星系分类法。

在1944年，亨德力克·赫尔斯特预言氢原子会辐射出21公分波长的微波，结果在1951年发现来自星际氢原子的辐射线。这条辐射线允许对星系做更深入的研究，因为它不会被星际尘埃吸收，并且来自它的都卜勒位移能够映像出星系内气体的运动。由此科学家可以分辨出在星系中心的棒状结构，配合无线电望远镜，在其它星系内的氢原子也能被追踪到。在1970年，维拉·鲁宾的研究发现星系可见的总质量(恒星和气体)不能适当的说明星系中气体的转动速度。如今未能观察到的大量暗物质已经用于解释星系自转问题。

从1990年代开始，哈勃太空望远镜提高了观测的效益，尤其是它确认了神秘的暗物质不可能是在星系中的暗弱小天体。哈勃深场，是对天空的一个区域进行极长时间的曝光。它提供了宇宙中可能有多达1,750亿个星系的可能证据。在不可见光的光谱侦测技术上的改进(无线电望远镜、红外线摄影机、X射线望远镜)，让人类可以见到连哈勃太空望远镜也看不见的其它星系。特别是对天空中隐匿带（天空中被银河系遮蔽的部分）的星系巡天，揭露了相当数量的新星系。

右边这张“哈勃”超深场照片，显示的是天炉座的一小部分天区，拍摄于2003年9月24日至2004年1月16日，累计曝光时间11.3天，是迄今人类获得的最深远的宇宙影像。照片中显示的是130多亿年前的宇宙，其中有近10000个星系，年龄在4~8亿年间。

参见词条：引力透镜、哈勃深场、暗物质、暗能量

星系主要分成三类：椭圆星系、螺旋星系和不规则星系。

根据哈勃星系分类法，E表示椭圆星系，S是螺旋星系，SB是棒旋星系，S0是透镜星系。

哈勃根据椭圆星系椭率的估计进行分类，从E0，接近圆形的星系，到E7，非常瘦长的星系。这些星系，不论视线的角度是如何，都有着椭圆形的外观。它们看似没有任何的结构，而且相对来说星际物质的成分也很少。通常这些星系会有少量的疏散星团和少量新形成的恒星，更多的的是老年的，与以各种不同方向环绕星系的中心旋转的已经成熟的恒星为主。它们的一些性质类似较小的的球状星团。

大部分的星系都是椭圆星系，许多椭圆星系是经由星系的交互作用，碰撞或是合并形成的。巨大的椭圆星系经常出现在星系群的中心区域。星爆星系是星系碰撞后的结果，有可能导致巨大椭圆星系的形成。

一些椭圆星系如下：

E6型NGC205，位于仙女座；

E0型NGC4552，位于室女座；

E1型NGC4486，位于室女座；

E4型NGC4479，位于室女座；

E7型NGC3115，位于六分仪座。

漩涡星系(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)具有旋涡结构的河外星系称为旋涡星系，在哈勃的星系分类中用S代表。螺旋星系的螺旋形状，最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现的。螺旋星系的中心区域为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核球两端延伸出若干条螺线状旋臂，叠加在星系盘上。螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种。正常漩涡星系又分为 a、b、c三种次型：Sa型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂；Sb型中心区较小，旋臂较大并较开展；Sc型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、电离氢区外，同时还有大量的尘埃和气体分布在星系盘上。从侧面看在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。

在漩涡星系，螺旋臂的形状近似对数螺线，在理论上显示这是大量恒星一致转动造成的一种干扰模式。像恒星一样，螺旋臂也绕着中心旋转，但是旋转的角速度并不是常数，这意味着恒星会穿越过螺旋臂，螺旋臂则是高密度区或是密度波。当恒星进入螺旋臂，他们会减速，因而创造出更高的密度。螺旋臂能被看见，是因为高密度促使恒星在此处诞生，因而螺旋臂上有许多明亮和年轻的恒星。

漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，叫做星系晕。其中主要是星族Ⅱ天体，典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球状星团，它们随机地散布在星系盘周围空间。再往外可能还有更稀疏的气体球，称为星系晕。漩涡星系的质量为十亿到一万亿个太阳质量，对应的光度是绝对星等-15~-21等。直径范围是5~50Kpc。Sa型星系的总光谱型为K，Sb型为F~K, Sc型为A~F。产生总光谱的主要天体既有高光度早型星，又有高光度晚型星。星族Ⅰ天体组成星系盘和旋臂，星族Ⅱ天体主要构成星系核、星系晕和星系冕。

一些漩涡星系如下：

Sa型NGC3623，位于狮子座；

Sb型NGC3627，位于狮子座；

SBb型NGC3351，位于狮子座；

SBc型NGC3992，位于大熊座。

棒旋星系(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)是中心呈长棒形状的漩涡形星系。棒旋形星系的中心是棒形状，棒的两边有旋形的臂向外伸展。大约三分之二的漩涡星系是棒旋星系。棒通常会影响在棒旋星系里的恒星与星际气体的运动，它也会影响旋臂。棒旋星系的旋臂则看似由短棒的末端涌现。而在普通的螺旋星系，恒星都是由核心直接涌出的；在星系分类法以符号SB表示。

银河系是一个有巨大星系盘的棒旋星系，直径大约三万秒差距或是十万光年，厚度则约为三千光年；拥有约三千亿颗恒星。

一些棒旋星系如下：

SBc型M58，位于室女座；

SBb型M91，位于后发座；

SBb型M95，位于狮子座。

矮星系是由数十亿颗恒星组成的比较小的星系。许多矮星系可能都会环绕着单独的大星系运转，银河系至少就有一些这样的矮星系。在本星系群也有许多的矮星系：这些小星系多数都以轨道环绕着大星系，像是银河系、仙女座星系、和三角座星系。

一些矮星系如下：

大麦哲伦星系，位于剑鱼座与山案座交界处；

小麦哲伦星系，位于杜鹃座；

宝瓶座矮星系，位于宝瓶座。

有部分星系被分类为活跃星系。它们中心通常有一个超大质量黑洞，其辐射的巨大能量被认为是物质掉落入黑洞所产生的。

以X射线的形式，辐射出高能量的星系被分类为赛弗特星系、类星体、或蝎虎座BL类星体。从由核心喷发出的相对喷流发射出无线电频率的活跃星系被分类为无线电星系。在统一场论的星系模型中，这些不同类的星系被解释为从不同角度观察所得到的结果。

参见词条：活动星系核

不规则星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy) 外形不规则，没有明显的核和旋臂。它们用字母Irr表示。在全天最亮星系中，不规则星系只占5%。按星系分类法，不规则星系分为Irr I型和Irr II型两类。I型的是典型的不规则星系，除具有上述的一般特征外，有的还有隐约可见不甚规则的棒状结构。它们质量为太阳的一亿倍到十亿倍，也有可高达100亿倍太阳质量的。它们的体积较小，长径的幅度为2~9千秒差距。Irr I的星族成分和Sc型螺旋星系相似，通常是O-B型星、电离氢区、气体和尘埃等年轻的星族I天体。Irr II型的具有无定型的外貌，分辨不出恒星和星团等组成成分，而且往往有明显的尘埃带。一部分II型不规则星系可能是正在爆发或爆发后的星系，另一些则是受伴星系的引力扰动而扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系的起源可能完全不同。

按照星系之间是否有隶属关系，将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。在宇宙空间中独立运行，它没有环绕中心体旋转，这样的星系叫做独立星系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转，地月星系绕太阳运转，这样的星系叫做从属星系。

按照中心星是否旋转，划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。

按照星系所在的空间位置，划分为系内星系和宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系；凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系。

按照星系形成的年龄，划分为年老星系和年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成为比较规则的星系；在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久，这样的星系叫做年轻的星系，年轻的星系大都呈不规则状态。

按照星系中星球的关系，划分为中心式星系和伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系，如太阳系、银河系等；由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系，如地球和月亮所组成的地月星系。

还有一些星系分类方法：德沃古勒分类系统、叶凯士分类系统和范登伯分类系统是在哈勃分类法的基础上进行了发展和细化，利用了光的中心聚集度或光度级等作为星系形态分类的参数。有一些学者提出了非模型化分类系统，给出了若干个可以直接测量星系形态的结构参数,如：聚集度指数C、非对称指数A、簇聚指数S、基尼系数G及矩指数M20。这些参数可以反映星系的形成历史、恒星形成、与其他星系的相互作用、已经发生或正在进行的并合活动等。

银河系，是一个包含太阳系的棒旋星系。直径介于100,000光年至180,000光年。大约拥有1,000亿至4,000亿颗恒星，并可能有1,000亿颗行星。太阳系距离银河中心约2.8万光年，在有着浓密气体和尘埃，被称为猎户臂的螺旋臂的内侧边缘。在太阳的位置，公转周期大约是2亿7,000万年。从地球看，因为是从盘状结构的内部向外观看，因此银河系呈现在天球上环绕一圈的带状。

银河系有几个卫星星系，它们都是本星系群的成员，并且是室女超星系团的一部分；而它又是组成拉尼亚凯亚超星系团的一部分。整个银河系对银河系外的参考坐标系以大约每秒600公里的速度在移动。

银河系是由被气体、尘埃和恒星组成的盘面，环绕着中央的棒状核心区组成的星系。银河系的质量分布与哈勃星系分类的Sbc型极为相似，显示这是一个螺旋臂结构相对松散的棒旋星系。在1990年代，天文学家开始怀疑银河系是棒旋星系而不是一个普通的旋涡星系。他们的怀疑在2005年被斯皮策空间望远镜的观测证实，这表明银河系中心的棒比之前预想的还大。

银河系是本星系群第二大的星系，恒星盘面的直径大约100,000光年，平均厚度大约1,000光年。荡漾在银河平坦的盘面上下方，像环状细丝包围环绕着银河系的恒星，可能都属于银河系的本身。如果是这样，这意味着银河系的直径在 150,000～180,000光年。

参见词条：银河系

20世纪20年代，美国天文学家哈勃在仙女座大星云中发现了一种叫作“造父变星”的天体，从而计算出星云的距离，终于肯定它是银河系以外的天体系统，称它们为“河外星系”。河外星系，是位于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。之所以称之为河外星系，是因为他们全部都存在于银河系之外，即所有银河系之外的所有天体系统被称为河外星系。而银河系与河外星系即组成了天文学对于天体的最高称——总星系。而银河系也只是总星系中的一个普通星系

关于河外星系的发现过程可以追溯到两百多年前。在当时法国天文学家梅西耶( Messier Charles ) 为星云编制的星表中，编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点，俗称仙女座大星云。

从1885年起，人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星，从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云，而一定是由许许多多恒星构成的系统，而且恒星的数目一定极大，这样才有可能在它们中间出现那么多的变星。如果假设这些变星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它变星的亮度是一样的，那么就可以大致推断出仙女座大星云离地球十分遥远，远远超出了已知的银河系的范围。但是由于用变星来测定的距离并不是很可靠，因此也引起了争议。

光变周期和光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离，证明它确实是在银河系之外，也像银河系一样，是一个巨大、独立的恒星集团。

从河外星系的发现，可以反观银河系：它仅仅是一个普通的星系，是万亿星系家族中的一员，是宇宙海洋中的一个小岛，是无限宇宙中很小很小的一部分。

参见词条：河外星系、造父变星

2012年1月，由美国科学家牵头的一个国际天文学研究小组也曾在英国《自然》杂志上宣布，利用哈勃太空望远镜发现了最古老星系，它诞生于宇宙大爆炸最初的4.8亿年，而新发现的古老星系则诞生于宇宙大爆炸最初的2亿年，比前者年长2.8亿年。这一星系是由法国里昂大学里昂天文台约翰·理查德领导的研究小组发现的，他们利用美国哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜发现了该星系，然后利用美国夏威夷凯克天文台的仪器测定了它距地球的距离为128亿光年，这说明该星系至少诞生于128亿年前。对该星系光谱的进一步研究显示，该星系中最早的恒星已有7.5亿年历史，研究人员因此断定该星系诞生于135.5亿年前。这一成果发表在英国《皇家天文学会月刊》上。

伦敦学院大学尼古拉斯·拉波尔率领的研究小组在近期的《天体物理学杂志》上发表论文称，他们捕捉到了132亿年前的星系A2744_YD4的形状，这是至2020年为止发现的最远天体。这一成果也意味着，天文学家获得了研究宇宙最初星系中星体诞生的重要线索。

研究小组利用设在智利的高感度阿尔玛天文望远镜，发现了A2744_YD4星系的尘埃和氧发出的电波，经过详细分析，计算出该星系距地球为132亿光年。根据检测出的尘埃总量和天体诞生的情形分析，认为该星系134亿年前造星运动活跃。研究小组使用欧洲南方天文台的大型光学红外望远镜也确认了相同结果。

根据观测结果，研究小组计算出A2744_YD4的尘埃总量约为太阳的600万倍，星球总质量为太阳的20亿倍。同时发现，该星系每年有相当于20个太阳大小的气体团形成星球。这意味着，A2744_YD4的行星诞生比银河系活跃10倍。