一個星系包含幾百萬到幾千億顆恆星，通過引力束縛在一起。一個星系的恆星可以是星團的一部分，也可以是遍布整個星系的大量離散的恆星的一部分。此外，星系還包含恆星殘骸、塵埃、氣體和暗物質。許多星系的中心都有一個超大質量黑洞。

暗物質是一種不發射電磁輻射的物質，也不與電磁輻射相互作用，因此無法通過直接觀察看到。雖然暗物質是看不見的，但它有質量，它的存在是從它對可見物體產生的引力作用推斷出來的。這些引力的作用包括對可見物體的運動的影響，或由於引力透鏡導致的可見物體圖像扭曲。星係被一個更大的暗物質暈包圍——從某種意義上說，我們所看到的星系只是冰山一角。

在宇宙歷史的最初幾億年裡，暗物質演化成許多大而密集的區域，稱為暗物質暈。當氫氣和氦氣落到這些暈上時，第一批星系和第一批恆星就形成了。更大的旋渦星系，如銀河系，通過吸引、合併許多較小的星系進行演化。當更多大質量星系碰撞並合併時，就會形成大的橢圓星系。根據它們的氣體儲量，以及通過恆星爆炸或星系中心運動產生的熱量的不同，這些星係以或快或慢的速度形成新的恆星。

根據視覺外觀，星係被分為旋渦星系、橢圓星系和不規則星系。這些類型的星係不僅外形不同，其內在物質也不同。旋渦星系的旋臂是平的，主要由明亮的年輕恆星和大量氣體、塵埃形成。相比之下，橢圓星系包含的氣體較少。它們的恆星大多年老，呈卵形或球形分佈。包括大多數矮星系在內的一些星系沒有標準的形狀，因而被稱為不規則星系。

我們的銀河係是一個螺旋星系，中心呈棒狀結構。太陽系位於距銀河系中心約25,000光年的旋臂上。銀河系的可見部分是由直徑約100,000至120,000光年、厚度僅約2,000光年的圓盤狀恆星集合而成。在這個圓盤中，年輕的恆星和塵埃形成了旋臂。在漆黑的夜晚，從一個合適的黑暗位置，我們可以看到銀河盤內1000多億顆恆星中的一小部分，就像一個在天空中拱起的巨大的朦朧光帶。這是我們從銀河系內部看到的景象。

一個被廣泛接受的理論是，旋臂是由星系盤內運動的密度波形成的，這導致恆星、氣體和塵埃堆積在一起，就像繁忙高速公路上的交通堵塞一樣。星系盤中更密集的區域就是旋臂。這些高密度區域包含了大量氣體和塵埃，對新恆星的形成至關重要。因此，旋臂包含許多年輕的明亮恆星，表明這些區域恆星的形成率很高。

一個典型的星系中有大約1億個恆星級質量的黑洞。這類黑洞是大質量恆星在結束生命時的超新星爆炸中形成的。大多數星系的中心存在著超大質量黑洞，他們是質量最大的黑洞類型，其質量在幾百萬到十億太陽質量之間。銀河系中心有一個超大質量黑洞，其質量約為四百萬個太陽質量。第一張直接拍到的黑洞事件視界輪廓的圖像是在2019年通過結合來自世界各地的八台射電望遠鏡的數據獲得的。該黑洞位於巨大的橢圓星系M87中心。

距離銀河系最近的星係是大犬矮星系，距離約25,000光年。那些遙遠的星系在我們看來顯得非常模糊，因此很難被觀察到。若想獲得遙遠星系的圖像，需要使用具有高分辨率的大型望遠鏡，並進行長時間曝光以收集足夠的從這些物體發出的光線。

星係並非隨機散佈在整個宇宙中，通常的星係都是星系團的一部分。這些星系團由數百個甚至數千個星系組成，通過引力束縛在一起。星系團本身也被束縛在被稱為超星系團的更大結構中。銀河係是本星系群的一部分，其中包括超過54個星系。本星系群是室女座星系團的外圍成員，也是室女座超星系團的一部分，而室女座超星系團又是拉尼亞凱亞超星系團的一部分。

星系之間的相互作用會影響它們的外觀和演化。過去人們認為一種類型的星係可以在其整個生命週期內演化為不同的類型，但目前的科學知識表明，引力作用才是某些類型星系形成的原因。例如，橢圓星係可能是由多個大型前身星系合併而產生，合併還可能會在相互作用的星系中誘發猛烈的恆星產生過程。。