一个星系包含几百万到几千亿颗恒星，通过引力束缚在一起。一个星系的恒星可以是星团的一部分，也可以是遍布整个星系的大量离散的恒星的一部分。此外，星系还包含恒星残骸、尘埃、气体和暗物质。许多星系的中心都有一个超大质量黑洞。

暗物质是一种不发射电磁辐射的物质，也不与电磁辐射相互作用，因此无法通过直接观察看到。虽然暗物质是看不见的，但它有质量，它的存在是从它对可见物体产生的引力作用推断出来的。这些引力的作用包括对可见物体的运动的影响，或由于引力透镜导致的可见物体图像扭曲。星系被一个更大的暗物质晕包围——从某种意义上说，我们所看到的星系只是冰山一角。

在宇宙历史的最初几亿年里，暗物质演化成许多大而密集的区域，称为暗物质晕。当氢气和氦气落到这些晕上时，第一批星系和第一批恒星就形成了。更大的旋涡星系，如银河系，通过吸引、合并许多较小的星系进行演化。当更多大质量星系碰撞并合并时，就会形成大的椭圆星系。根据它们的气体储量，以及通过恒星爆炸或星系中心运动产生的热量的不同，这些星系以或快或慢的速度形成新的恒星。

根据视觉外观，星系被分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。这些类型的星系不仅外形不同，其内在物质也不同。旋涡星系的旋臂是平的，主要由明亮的年轻恒星和大量气体、尘埃形成。相比之下，椭圆星系包含的气体较少。它们的恒星大多年老，呈卵形或球形分布。包括大多数矮星系在内的一些星系没有标准的形状，因而被称为不规则星系。

我们的银河系是一个螺旋星系，中心呈棒状结构。太阳系位于距银河系中心约25,000光年的旋臂上。银河系的可见部分是由直径约100,000至120,000光年、厚度仅约2,000光年的圆盘状恒星集合而成。在这个圆盘中，年轻的恒星和尘埃形成了旋臂。在漆黑的夜晚，从一个合适的黑暗位置，我们可以看到银河盘内1000多亿颗恒星中的一小部分，就像一个在天空中拱起的巨大的朦胧光带。这是我们从银河系内部看到的景象。

一个被广泛接受的理论是，旋臂是由星系盘内运动的密度波形成的，这导致恒星、气体和尘埃堆积在一起，就像繁忙高速公路上的交通堵塞一样。星系盘中更密集的区域就是旋臂。这些高密度区域包含了大量气体和尘埃，对新恒星的形成至关重要。因此，旋臂包含许多年轻的明亮恒星，表明这些区域恒星的形成率很高。

一个典型的星系中有大约1亿个恒星级质量的黑洞。这类黑洞是大质量恒星在结束生命时的超新星爆炸中形成的。大多数星系的中心存在着超大质量黑洞，他们是质量最大的黑洞类型，其质量在几百万到十亿太阳质量之间。银河系中心有一个超大质量黑洞，其质量约为四百万个太阳质量。第一张直接拍到的黑洞事件视界轮廓的图像是在2019年通过结合来自世界各地的八台射电望远镜的数据获得的。该黑洞位于巨大的椭圆星系M87中心。

距离银河系最近的星系是大犬矮星系，距离约25,000光年。那些遥远的星系在我们看来显得非常模糊，因此很难被观察到。若想获得遥远星系的图像，需要使用具有高分辨率的大型望远镜，并进行长时间曝光以收集足够的从这些物体发出的光线。

星系并非随机散布在整个宇宙中，通常的星系都是星系团的一部分。这些星系团由数百个甚至数千个星系组成，通过引力束缚在一起。星系团本身也被束缚在被称为超星系团的更大结构中。银河系是本星系群的一部分，其中包括超过54个星系。本星系群是室女座星系团的外围成员，也是室女座超星系团的一部分，而室女座超星系团又是拉尼亚凯亚超星系团的一部分。

星系之间的相互作用会影响它们的外观和演化。过去人们认为一种类型的星系可以在其整个生命周期内演化为不同的类型，但目前的科学知识表明，引力作用才是某些类型星系形成的原因。例如，椭圆星系可能是由多个大型前身星系合并而产生，合并还可能会在相互作用的星系中诱发猛烈的恒星产生过程。。